冷卻塔變頻器的應(yīng)用優(yōu)勢已經(jīng)越來越明顯，變頻器的使用也會(huì)越來越普遍，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競爭中長期處于主動(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、空氣開關(guān)QF2、交流接觸器KM02和變頻運(yùn)行控制回路及信號報(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)以傳感器所測實(shí)際水溫，經(jīng)過溫控器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號或電壓信號，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，可通過改變電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)來調(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)行控制回路及信號報(bào)警回路組成變頻循環(huán)運(yùn)行回路。工頻回路：空氣開關(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)行控制回路及信號報(bào)警回路組成變頻循環(huán)運(yùn)行回路。工頻回路：空氣開關(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)換開關(guān)切至自動(dòng)運(yùn)行回路，由溫度傳感器測定冷卻塔出水溫度，經(jīng)過溫控器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號或電壓信號，送到變頻器的模擬輸入端來控制變頻器的轉(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，可通過改變電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)來調(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)行控制回路及信號報(bào)警回路組成變頻循環(huán)運(yùn)行回路；工頻回路：空氣開關(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)換開關(guān)QK: 切至自動(dòng)運(yùn)行回路，由溫度傳感器測定冷卻塔出水溫度，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，送至變頻器的溫度檢測器，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，從而延長設(shè)備使用壽命。當(dāng)變頻器出故障時(shí)，將轉(zhuǎn)換開關(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、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8.883萬元，實(shí)施變頻控制需要投資約15萬元，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，可見節(jié)能效果顯著。

三、結(jié)束語

對于冷卻塔的生產(chǎn)廠家來說，一種新的產(chǎn)品的投入生產(chǎn)首先看市場的需求和能夠產(chǎn)生的效益，通過以上的經(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)對這樣的投資產(chǎn)生濃厚的興趣。而事實(shí)上目前市場上對于冷卻塔變頻器應(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)冷卻塔市場乃至整個(gè)中央空調(diào)市場的趨勢。