空水冷散熱系統(tǒng)在龍鋼400平燒結(jié)風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用

侯健　王明杰　魏智

摘 要：該論文主要講述了空水冷散熱系統(tǒng)在龍鋼400平燒結(jié)風(fēng)機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用，并著重講述了利用空水冷散熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變頻器間散熱的系統(tǒng)解決方案。

關(guān)鍵詞：空水冷散熱，變頻改造；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.017

1 項(xiàng)目介紹

龍鋼400平燒結(jié)風(fēng)機(jī)作為燒結(jié)廠的核心設(shè)備在設(shè)計(jì)使用之初即采用西門(mén)子GL150變頻器作為軟啟動(dòng)器來(lái)啟動(dòng)電機(jī)，為了降低系統(tǒng)能耗，在對(duì)燒結(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行核算后采用西門(mén)子GH180高壓變頻器對(duì)原燒結(jié)風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造。為了保證變頻器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，采用了空水冷散熱系統(tǒng)保證變頻的運(yùn)行環(huán)境。本文從系統(tǒng)的角度闡述本次改造的過(guò)程中空水冷散熱系統(tǒng)的應(yīng)用。

2 空水冷散熱系統(tǒng)介紹

空水冷系統(tǒng)是利用循環(huán)水作為載體，將電氣間的熱量經(jīng)空水冷換熱器帶出經(jīng)循環(huán)水的涼水塔自然蒸發(fā)散熱后再經(jīng)循環(huán)水泵送回空水冷換熱實(shí)現(xiàn)電氣間的散熱。利用空水冷散熱可以很好的實(shí)現(xiàn)電氣間的密閉循環(huán)系統(tǒng)，有效防止粉塵或其他物體的進(jìn)入，而且充分利用水的自然蒸發(fā)吸熱特性，有效降低系統(tǒng)的制冷功耗。空水冷散熱器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共分為三個(gè)部分：循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)。其中，循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)分別針對(duì)冷熱風(fēng)循環(huán)和冷卻水循環(huán)，兩個(gè)循環(huán)互相獨(dú)立，通過(guò)空水冷散熱器來(lái)進(jìn)行熱量交換。自動(dòng)化控制系統(tǒng)用于整個(gè)冷卻系統(tǒng)的配電和自動(dòng)化監(jiān)控使用，便于系統(tǒng)的自動(dòng)控制和上位監(jiān)控。

（1）循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)。循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)用于電氣間冷熱風(fēng)的循環(huán)，其主要設(shè)備包含：循環(huán)風(fēng)管道、軸流風(fēng)機(jī)、空水冷散熱器。循環(huán)風(fēng)管道分為兩部分，一部分用于將電氣間用電設(shè)備產(chǎn)生的熱空氣集中并引導(dǎo)至空水冷散熱器，另一部分用于將經(jīng)空水冷散熱器后的冷空氣導(dǎo)入電氣間，當(dāng)空水冷設(shè)備靠墻安裝時(shí)，可將墻體作為后一部分管道。軸流風(fēng)機(jī)安裝于風(fēng)道內(nèi)部，用于冷熱空氣的循環(huán)，為其提供動(dòng)力。空水冷散熱器主要由銅管和羽翅組成，冷卻循環(huán)水經(jīng)銅管流過(guò)，羽翅用于增大換熱面積，循環(huán)風(fēng)經(jīng)羽翅空隙流過(guò)形成風(fēng)道回路，熱風(fēng)和冷卻水在散熱器進(jìn)行熱交換。

（2）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)用于引導(dǎo)冷卻循環(huán)水按照設(shè)計(jì)的管道循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)空水冷換熱器吸收電氣間設(shè)備運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的熱量，并通過(guò)自身蒸發(fā)將溫度降低，其主要由以下設(shè)備組成：循環(huán)水管道、循環(huán)水增壓泵、涼水塔、補(bǔ)水管道和相關(guān)閥門(mén)及傳感器。

循環(huán)水增壓泵用于給循環(huán)水提供動(dòng)力，使其能夠順利通過(guò)管路至空水冷散熱器，并經(jīng)由涼水塔頂部落入蓄水池，形成冷卻水的循環(huán)。涼水塔用于循環(huán)冷卻水的自然蒸發(fā)冷卻和蓄水功能。補(bǔ)水管道用于循環(huán)水的補(bǔ)給以彌補(bǔ)由于蒸發(fā)而帶來(lái)的水量損失，其端口可裝設(shè)自動(dòng)補(bǔ)水裝置以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水。相關(guān)閥門(mén)用于系統(tǒng)管路的反沖洗和檢修使用。傳感器用于實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，如水溫、壓力等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

（3）自動(dòng)化控制系統(tǒng)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)空水冷散熱系統(tǒng)的自動(dòng)控制，其主要包括以下部分：系統(tǒng)的低壓配電和保護(hù)和系統(tǒng)的自動(dòng)控制。系統(tǒng)的低壓配電和保護(hù)主要是用來(lái)為涼水塔冷卻風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、軸流風(fēng)機(jī)和各種傳感器提供電源和相關(guān)保護(hù)，并配置相關(guān)接觸器、按鈕和選擇開(kāi)關(guān)等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的手自動(dòng)切換和啟動(dòng)停止等功能。系統(tǒng)的自動(dòng)控制主要是配合全廠自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空水冷系統(tǒng)的自動(dòng)控制，提供系統(tǒng)接口和系統(tǒng)邏輯保護(hù)，同時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要對(duì)電氣間的溫度實(shí)現(xiàn)恒溫控制等功能。

3 空水冷散熱系統(tǒng)在龍鋼燒結(jié)風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造中的應(yīng)用

在本次改造中變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用西門(mén)子GH180高壓變頻器產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)改造，每臺(tái)電機(jī)增加兩套4200kW西門(mén)子GH180變頻并聯(lián)輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由于變頻器容量比較大，并且每個(gè)電機(jī)均由兩臺(tái)變頻器并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，電氣間發(fā)熱量很大，空水冷散熱系統(tǒng)在保證變頻器運(yùn)行環(huán)境下是一個(gè)節(jié)能高效的選擇。

（1）系統(tǒng)管路及設(shè)備布局設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和設(shè)備的運(yùn)行特性及原有廠房和電纜橋架的走向?qū)ψ冾l器安裝電氣間進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要需要考慮如下問(wèn)題：與原電氣設(shè)備距離，有效節(jié)省電纜成本、方便空水冷系統(tǒng)補(bǔ)水，利于架設(shè)管路、減少管路彎道，降低系統(tǒng)管組和便于維護(hù)，預(yù)留檢修通道。系統(tǒng)的供水及回水分別接入涼水塔的進(jìn)水和回水口，各閥門(mén)的設(shè)計(jì)可在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各段管路進(jìn)行旁路運(yùn)行檢修，提高性的運(yùn)行安全性。

（2）系統(tǒng)發(fā)熱量核算及設(shè)備選型。空水冷散熱系統(tǒng)的用途就是將變頻器在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出，保證電氣間的環(huán)境滿足變頻器及其他電氣設(shè)備運(yùn)行的需要，其散熱量及時(shí)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱量。在設(shè)計(jì)核算時(shí)需要考慮系統(tǒng)的最大發(fā)熱量并預(yù)留一定的余量，此余量取值需要根據(jù)實(shí)際需要選取。系統(tǒng)的最大發(fā)熱量可按照如下算法核算：

對(duì)于本項(xiàng)目而言，電氣間最主要的發(fā)熱設(shè)備即為變頻器，核算時(shí)僅考慮變頻器的運(yùn)行發(fā)熱即可。

對(duì)空水冷散熱器的選型需要考慮使用的數(shù)目和其運(yùn)行的條件，其換熱功率選型可按照如下方式核算：

涼水塔的容量選擇滿足散熱器的相關(guān)要求即可，算法同空水冷散熱器額選型類似。

（3） 系統(tǒng)配電和自動(dòng)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)配電和自動(dòng)化設(shè)計(jì)根據(jù)空水冷系統(tǒng)的實(shí)際需要來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中系統(tǒng)配電主要滿足如下設(shè)備的需求：循環(huán)增壓水泵、涼水塔強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)、冷熱風(fēng)循環(huán)軸流風(fēng)機(jī)和配套傳感器及控制系統(tǒng)。循環(huán)水冷根據(jù)其容量設(shè)計(jì)為星三角啟動(dòng)，以降低啟動(dòng)電流，星三角通過(guò)響應(yīng)繼電器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。所有風(fēng)機(jī)和水泵類負(fù)載均設(shè)計(jì)有熱繼保護(hù)，防止設(shè)備過(guò)載燒毀設(shè)備。配套傳感器和控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)空水冷系統(tǒng)的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控，其主要實(shí)現(xiàn)如下功能：空水冷系統(tǒng)自動(dòng)控制，如配合變頻器運(yùn)行自動(dòng)啟動(dòng)、停止等；循環(huán)水溫和冷熱風(fēng)溫度監(jiān)控；循環(huán)水壓力和流量監(jiān)控；系統(tǒng)聲光報(bào)警系統(tǒng)，等。空水冷散熱系統(tǒng)ET200M站與主系統(tǒng)PLC通過(guò)Profibus連接，通過(guò)中繼器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)路的物理網(wǎng)路的連接，有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

隨著變頻器在工業(yè)領(lǐng)域的大量普及，散熱的需求會(huì)越來(lái)越大，空水冷散熱系統(tǒng)作為一種經(jīng)濟(jì)有效的散熱方式可以被更好的利用和推廣。在本廠400平燒結(jié)風(fēng)機(jī)節(jié)能改造項(xiàng)目中，空水冷系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，散熱效果良好，而且耗能低、維護(hù)簡(jiǎn)單，使系統(tǒng)輔助能耗明顯降低，為系統(tǒng)的整體節(jié)能效果的保證提供了有力的基礎(chǔ)。