冷卻塔變頻器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)已經(jīng)越來(lái)越明顯，變頻器的使用也會(huì)越來(lái)越普遍，制造廠商在使用了冷卻塔變頻技術(shù)后不僅可以得到收益而且也可使自己的冷卻塔在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中長(zhǎng)期處于主動(dòng)位置。

二、冷卻塔風(fēng)機(jī)使用變頻節(jié)能的實(shí)施方案和應(yīng)用效果

1、冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制實(shí)施方案

（!）方案一：固定變頻控制方式。

固定變頻控制方式：可分為單臺(tái)固定變頻控制和多臺(tái)固定變頻控制。以多臺(tái)固定變頻控制為例，如圖1所示。

該系統(tǒng)由變頻回路和工頻回路兩部分組成：變頻回路：由一臺(tái)變頻器、空氣開(kāi)關(guān)QF2、交流接觸器KM02和變頻運(yùn)行控制回路及信號(hào)報(bào)警回路組成變頻循環(huán)運(yùn)行回路。工頻回路：由空氣開(kāi)關(guān)QF1、QF3、QF4、QF5、交流接觸器KM01、KM03、KM04、KM05和熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4以及手動(dòng)運(yùn)行控制回路等構(gòu)成工頻（50Hz）運(yùn)行回路。

運(yùn)行方式：工頻運(yùn)行時(shí)：風(fēng)機(jī)根據(jù)工頻控制回路選擇指定風(fēng)機(jī)起動(dòng)，并以50Hz全速運(yùn)行；變頻運(yùn)行時(shí)：風(fēng)機(jī)以傳感器所測(cè)實(shí)際水溫，經(jīng)過(guò)溫控器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)或電壓信號(hào)，送到變頻器的模擬輸入端，電動(dòng)機(jī)根據(jù)負(fù)荷交替起動(dòng)，三臺(tái)電動(dòng)機(jī)全部運(yùn)行：**臺(tái)電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行、第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行、第三臺(tái)電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行。

（2）方案二：循環(huán)變頻控制方式。

風(fēng)機(jī)節(jié)能的*佳方案是控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，以三臺(tái)相同功率電動(dòng)機(jī)的冷卻塔為例，三臺(tái)風(fēng)機(jī)為同一功率的的電動(dòng)機(jī)，可采用一臺(tái)變頻器循環(huán)控制的方式運(yùn)行，系統(tǒng)電氣原理圖如圖2所示。

1）該控制系統(tǒng)由變頻回路和工頻回路兩部分組成：變頻回路：由一臺(tái)變頻器，空氣開(kāi)關(guān)Q1，交流接觸器KM1、KM3、KM5和自動(dòng)運(yùn)行控制回路及信號(hào)報(bào)警回路組成變頻循環(huán)運(yùn)行回路。工頻回路：空氣開(kāi)關(guān)QF2、QF3、QF4，交流接觸器KM2、KM4、KM6和熱繼電器FR1、FR2、FR3以及手動(dòng)運(yùn)行控制回路等構(gòu)成工頻（50Hz）運(yùn)行回路。

2）該控制系統(tǒng)由變頻回路和工頻回路兩部分組成：變頻回路：由一臺(tái)變頻器，空氣開(kāi)關(guān)QF3，交流接觸器KM4、KM5、KM6和自動(dòng)運(yùn)行控制回路及信號(hào)報(bào)警回路組成變頻循環(huán)運(yùn)行回路。工頻回路：空氣開(kāi)關(guān)QF0、QF1、QF2，交流接觸器KM1、KM2、KM3和熱繼電器FR1、FR2、FR3以及手動(dòng)運(yùn)行控制回路等構(gòu)成工頻（50Hz）運(yùn)行回路。

運(yùn)行方式：正常狀態(tài)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切至自動(dòng)運(yùn)行回路，由溫度傳感器測(cè)定冷卻塔出水溫度，經(jīng)過(guò)溫控器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)或電壓信號(hào)，送到變頻器的模擬輸入端來(lái)控制變頻器的轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，從而改變冷卻塔的出水溫度；當(dāng)一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行不能滿足要求時(shí)，將此變頻運(yùn)行的風(fēng)機(jī)改為工頻運(yùn)行，再變頻起動(dòng)另一臺(tái)風(fēng)機(jī)，直到滿足生產(chǎn)裝置所需的循環(huán)水的溫度達(dá)到工藝要求為止（即水溫≤32℃）。整個(gè)控制系統(tǒng)為一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。做到*先運(yùn)行的風(fēng)機(jī)*先切除，各電動(dòng)機(jī)循環(huán)運(yùn)行，從而延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的。當(dāng)變頻系統(tǒng)控制回路或者變頻器出故障的時(shí)候，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到手動(dòng)狀態(tài)，三臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在工頻狀態(tài)仍可滿足裝置工藝要求。

2、循環(huán)變頻控制方式帶來(lái)循環(huán)水冷卻塔變頻節(jié)能的效果

（1）循環(huán)水冷卻塔運(yùn)行概況某供水廠共有3個(gè)編號(hào)分別為1#，2#和3#循環(huán)水冷卻塔。各生產(chǎn)裝置返回的循環(huán)熱水用泵輸送到這些塔內(nèi)，通過(guò)塔內(nèi)的填料增加熱水與空氣接觸面積和時(shí)間，促進(jìn)熱水與空氣進(jìn)行熱交換，使循環(huán)水冷卻。從而獲得各生產(chǎn)裝置所需循環(huán)水溫度≤32℃的冷水。

當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，起動(dòng)冷卻塔內(nèi)的軸流風(fēng)機(jī)實(shí)行強(qiáng)制通風(fēng)，加快冷卻塔填料上循環(huán)水氣相與液相的熱交換。每個(gè)冷卻塔內(nèi)裝設(shè)1臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，其直徑為8500mm，由電壓為380V，額定功率為160KW的4極異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)之間采用恒定減速比的減速機(jī)直聯(lián)，塔內(nèi)不裝設(shè)節(jié)流閥。因此軸流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與風(fēng)量是不可調(diào)的。3個(gè)塔的總處理能力達(dá)8000m3/h，遠(yuǎn)大于各生產(chǎn)裝置*大需求量總和6600m3/h，2002年度各塔的運(yùn)行參數(shù)詳見(jiàn)表1與表2。

（2）冷卻塔風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速節(jié)能方案

1）風(fēng)機(jī)節(jié)能可行性分析

由表1所示的數(shù)據(jù)知：年度冷卻塔風(fēng)機(jī)全部運(yùn)行期間，冷卻塔進(jìn)水溫度的*高溫度平均值分布在34.5-38℃內(nèi)；循環(huán)水經(jīng)冷卻后，冷卻塔出水溫度的*高溫度平均值分布在27.6-28.8℃內(nèi)，其較各生產(chǎn)裝置所需冷卻水溫度32℃低3.2-4.4℃；并可知在同時(shí)滿足冷卻塔進(jìn)水溫度低于*高熱水溫度平均值及冷卻塔出水溫度低于*高冷水溫度平均值這一條件下，單臺(tái)風(fēng)機(jī)全年的運(yùn)行時(shí)間為2705h。若采用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量，可使冷卻塔出水溫度提高2-3℃的情況下，仍能滿足冷卻塔出水溫度≤32℃的工藝要求，這顯然可節(jié)省電能。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)以及表2的有關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)工藝計(jì)算得風(fēng)機(jī)的不同月份節(jié)能潛力及收益值如表3。由表3可知各冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能潛力為40%-50%。

（3）風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速實(shí)施方案探討

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)機(jī)節(jié)能的*佳方案是控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

由于3臺(tái)風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率均為160KW，可采用1臺(tái)變頻器循環(huán)方式運(yùn)行，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

該系統(tǒng)由2部分組成：變頻回路：1臺(tái)變頻器，空氣開(kāi)關(guān)Q1，交流接觸器C1、C2、C3和自動(dòng)運(yùn)行控制回路及信號(hào)報(bào)警回路組成變頻循環(huán)運(yùn)行回路；工頻回路：空氣開(kāi)關(guān)Q2，交流接觸器C4、C5、C6和熱繼電器T1、T2、T3以及手動(dòng)運(yùn)行控制回路等構(gòu)成工頻（50Hz）運(yùn)行回路。

2）運(yùn)行方式正常狀態(tài)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QK: 切至自動(dòng)運(yùn)行回路，由溫度傳感器測(cè)定冷卻塔出水溫度，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)，送至變頻器的溫度檢測(cè)器，用于控制冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，從而改變冷卻塔出水溫度；當(dāng)1臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率接近工頻運(yùn)行仍不能滿足要求時(shí)，將此變頻運(yùn)行風(fēng)機(jī)改為工頻運(yùn)行，再變頻起動(dòng)另1臺(tái)風(fēng)機(jī)，直到滿足各生產(chǎn)裝置所需的循環(huán)水溫度≤32℃為止。整個(gè)控制系統(tǒng)為一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

根據(jù)工藝要求，自動(dòng)確定電動(dòng)機(jī)是變頻運(yùn)行或是工頻運(yùn)行，并做到*先運(yùn)行的風(fēng)機(jī)*先切除，各電動(dòng)機(jī)循環(huán)運(yùn)行，從而延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。當(dāng)變頻器出故障時(shí)，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QK切換至手動(dòng)狀態(tài)，3臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在工頻狀態(tài)仍可滿足運(yùn)行要求。

采用變頻器調(diào)速的方法，改變了以往電動(dòng)機(jī)的開(kāi)、停僅為手動(dòng)控制的單一工頻運(yùn)行方式，從而避免為滿足冷卻塔出水水溫≤32℃，必須使1臺(tái)或幾臺(tái)風(fēng)機(jī)均處在工頻狀態(tài)下運(yùn)行，而造成水溫過(guò)低，形成不必要的能源浪費(fèi)。采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，提高了水溫控制的準(zhǔn)確性，并可實(shí)現(xiàn)平滑起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使3臺(tái)電動(dòng)機(jī)循環(huán)運(yùn)行，從而提高電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

（4）風(fēng)機(jī)節(jié)能經(jīng)濟(jì)分析

1）由表1所示的冷卻塔運(yùn)行參數(shù)可知：1#塔的處理能力只是2#或3#塔的66%，但其處理1m3/h熱水風(fēng)機(jī)電功率單耗卻是2#塔與3#塔風(fēng)機(jī)電功率單耗之平均值的1.783倍（即其大0.0313KW/h），其原因是該塔填料仍為舊式低效填料，若將1#塔填料改用與2#塔相同性能的新型高效填料，則每小時(shí)處理能力就可提高1000m3。如按1#塔處理量為2000m3計(jì)算，每小時(shí)節(jié)電2000×0.0313=62.6KW，節(jié)能效果相當(dāng)可觀。1#塔每年運(yùn)行時(shí)間為3000h，更換填料需投資約45萬(wàn)元。收益率=3000×62.6×0.56/45×104×100%=23.37%。

2）采用變頻調(diào)速方案，根據(jù)表3可得每年總收益值為8.883萬(wàn)元，實(shí)施變頻控制需要投資約15萬(wàn)元，收益率=8.883/15×100%，約1.7年就能收回投資額，另外設(shè)備的折舊率大大降低，可見(jiàn)節(jié)能效果顯著。

三、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于冷卻塔的生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，一種新的產(chǎn)品的投入生產(chǎn)首先看市場(chǎng)的需求和能夠產(chǎn)生的效益，通過(guò)以上的經(jīng)濟(jì)分析，可以得出，使用方只要在了解到變頻器應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)后，基于運(yùn)行成本和設(shè)備維護(hù)的考慮，必然會(huì)對(duì)這樣的投資產(chǎn)生濃厚的興趣。而事實(shí)上目前市場(chǎng)上對(duì)于冷卻塔變頻器應(yīng)用已經(jīng)十分的成熟，而且也正是朝著這個(gè)方向快速的發(fā)展。變頻器的應(yīng)用是目前整個(gè)冷卻塔市場(chǎng)乃至整個(gè)中央空調(diào)市場(chǎng)的趨勢(shì)。