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北京利德華福電氣技術有限公司 劉軍祥 呂澤玉
摘要：某鋼鐵集團公司燒結分廠為實現節能降耗，降低生產成本，對180m2燒結生產線的主燒結風機進行了變頻節能改造。該設備額定功率為5600kW，配備了同等功率的HARSVERT-VA10/410無wu速su度du傳chuan感gan器qi矢shi量liang控kong製zhi高gao壓ya變bian頻pin器qi一yi台tai。為wei確que保bao高gao壓ya變bian頻pin器qi具ju有you良liang好hao的de運yun行xing環huan境jing，避bi免mian因yin溫wen度du過guo高gao而er導dao致zhi保bao護hu停ting機ji，利li德de華hua福fu同tong時shi為wei該gai高gao壓ya變bian頻pin器qi配pei備bei了le一yi套tao獨du立li的de空kong－水冷卻係統，用於解決設備散熱問題。空－水冷卻係統的運行效果未能達到良好的穩定環境溫度的目的，通過現場實際分析，對冷卻係統進行了改進。
關鍵詞：燒結風機 5600kW高壓變頻器 設備散熱 空水冷係統
一、存在的問題
某鋼鐵集團公司燒結分廠為實現節能降耗，降低生產成本。經研究論證對180m2燒結生產線的主燒結風機進行了變頻節能改造。該設備額定功率為5600kW，配備了同等功率的HARSVERT-VA10/410無速度傳感器矢量控製高壓變頻器一台。
為確保高壓變頻器具有良好的運行環境，避免因溫度過高而導致保護停機，利德華福同時為該高壓變頻器配備了一套獨立的空－水冷卻係統，用於解決設備散熱問題。
設備安裝投運後，出現高壓變頻器負荷率在80％，采用開放式風道冷卻，室外環境溫度小於28℃時，設備運行溫度能夠維持在變壓器76℃、功率櫃33℃以下。而當采用空－水冷卻係統密閉式循環時，高壓變頻器變壓器櫃溫度大於113℃、功率櫃38℃。從現象來看：空－水冷卻係統的運行效果未能達到良好的穩定環境溫度的目的。鑒於此，對冷卻係統進行了現場實地調查和係統原因分析。
空－水冷卻係統結構原理圖如圖1所示。
二、冷卻係統工況分析
1.設備選型分析
該項目所配高壓變頻器的額定功率為5600kW、其效率為96％，4％的損失主要以熱量形式散失到環境當中，為保證設備運行安全，設備采用了技術先進、應用成熟、穩定可靠的空－水冷卻係統。該係統具有冷卻功率大、單位熱交換效率高、房間密閉、粉塵進入少、運營成本低、維護量低等特點。
首先，對冷卻裝置的功率選型和配比進行了核實。按照高壓變頻器的最大散熱功率為5600 kW×4％＝224kW。根據設備所處地域氣候溫度以及運行工況，冷卻裝置的設計裕度為1.13。即：冷卻裝置的熱交換功率不小於253.1kW，實際設計安裝冷卻功率為255kW 。其中功率櫃配備三台45kW冷卻裝置，變壓器櫃配備兩台60kW冷卻裝置。冷卻係統設計總冷卻風量100000m3/h，其中3台20000m3/h的增壓風機與功率櫃配套使用。功率櫃自身的有效排風量為8台4300m3/h的風機總排量34400m3/h，實際冷卻係統的配備大於功率櫃需求通風量，滿足運行要求。變壓器櫃自身的有效排風量為5台4300m3/h的風機總排量21500m3/h，實際冷卻係統的配備大於變壓櫃需求通風量，滿足運行要求。從上述數據可以看出：在(zai)冷(leng)卻(que)係(xi)統(tong)的(de)增(zeng)壓(ya)風(feng)機(ji)部(bu)分(fen)的(de)設(she)計(ji)中(zhong)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)了(le)係(xi)統(tong)的(de)有(you)效(xiao)性(xing)和(he)安(an)全(quan)性(xing)，當(dang)櫃(gui)頂(ding)或(huo)增(zeng)壓(ya)風(feng)機(ji)中(zhong)出(chu)現(xian)單(dan)台(tai)設(she)備(bei)故(gu)障(zhang)時(shi)，仍(reng)可(ke)以(yi)保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)通(tong)風(feng)效(xiao)能(neng)維(wei)持(chi)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)。
因此，冷卻係統設備選型和配比正常，不存在問題。
2．風路係統分析
為分析係統出現冷卻效果問題的原因，在現場首先對風路循環部分進行了實際測量和數據分析。從而驗證風機的實際風量、風壓等運行指標是否符合要求。利用風壓風速測量裝置對現場功率櫃及變壓器櫃的櫃門入口、應急風道排風口、冷leng卻que裝zhuang置zhi室shi內nei排pai風feng口kou位wei置zhi的de風feng速su分fen別bie進jin行xing了le多duo點dian測ce量liang。通tong過guo實shi測ce數shu據ju對dui開kai放fang式shi通tong風feng冷leng卻que和he密mi閉bi式shi循xun環huan冷leng卻que的de循xun環huan風feng量liang情qing況kuang進jin行xing比bi對dui分fen析xi。
（1）當隻打開高壓變頻器櫃頂風機時，對功率櫃門和變壓器櫃門、應急排風口、冷卻裝置排風口的風速進行了多點測量平均數據如下：
從數據中顯示：單獨運行櫃頂風機采用密閉式循環冷卻方式時，循環風道和空－水冷卻裝置增加了風路阻力，降低了設備有效通風量。在開放式冷卻方式運行時，櫃體入風口風速達到1.40以上即可滿足變頻自身的通風冷卻需求。
（2）當隻打開冷卻係統增壓風機采用密閉式循環冷卻時，功率櫃門和變壓器櫃門、冷卻裝置排風口的風速測試數據如下：
從數據中顯示：單獨使用密閉式循環冷卻，其有效通風量和風速能夠達到櫃體自身冷卻風量的要求。
（3）當高壓變頻器櫃頂風機和冷卻係統增壓風機同時運行時，功率櫃門和變壓器櫃門、冷卻裝置排風口的風速測試數據如下：
從數據中顯示：在高壓變頻器櫃頂風機和密閉式冷卻係統風機全部打開，處於正常運行時，係統的冷卻通風量完全滿足高壓變頻器運行要求。
由此可見，在風壓、風feng量liang相xiang當dang，高gao壓ya變bian頻pin器qi自zi身shen運yun行xing溫wen度du不bu同tong，與yu高gao壓ya變bian頻pin器qi吸xi入ru的de冷leng卻que空kong氣qi溫wen度du有you關guan。如ru果guo吸xi入ru的de循xun環huan空kong氣qi溫wen度du過guo高gao也ye不bu能neng達da到dao預yu期qi冷leng卻que效xiao果guo。因yin此ci，考kao慮lv冷leng卻que係xi統tong的de熱re交jiao換huan能neng力li沒mei有you能neng夠gou達da到dao預yu期qi設she計ji要yao求qiu，把ba高gao壓ya變bian頻pin器qi熱re量liang有you效xiao帶dai走zou，而er是shi排pai回hui室shi內nei的de循xun環huan風feng溫wen度du偏pian高gao所suo致zhi。
3.水路分析
經過對現場冷卻係統水路係統的實際調查，目前現場各參數技術條件與設計要求值之間的對比見下表：
由上表測得的數據可知：空－水冷卻係統在現場的實際運行指標並未能達到預期使用要求。空－水冷卻裝置是通過冷卻水流過交換管內部與熱風之間實現熱傳遞，達到換熱目的。空－水冷卻裝置熱交換量主要依靠流速和水量實現熱交換效率和熱交換功率，當流速降低時，冷卻水與熱空氣的交換效率就會下降；而水量降低則使得空－水冷卻裝置不能達到預期的熱交換功率。
在項目設計時，要求進水壓力0.25MPa、回水壓力0.1MPa、水溫33℃，冷卻水總流量68t/h。按照無縫管的阻力係數0.2計算，至少需要φ133管道。而現場實際采用的管道截麵積隻有設計要求的44.4%，遠遠低於使用需求。 管徑小、yalidishidaozhikongshuilengquezhuangzhimeiyoudadaoedinglengquegonglvdegenbenyuanyin，zhishifangjianneireliangleijiyinqigaoyabianpinqizaimibishilengquetiaojianxiafanerbikaifangshilengquedexiaoguocha。
三、改進措施
為改善冷卻裝置的冷卻水流速，達到冷卻裝置的設計運行指標，提高現有係統的熱交換功率，需要對冷卻係統的供水壓力、循環流量等進行改進。具體措施是：在冷卻水泵房母管至高壓變頻器冷卻係統的支管路出口處增加一台增壓泵，提高供水工作壓力，使得空冷裝置的入口側供給壓力達到0.25MPa以上，滿足設計要求。經計算，增壓泵的揚程需要大於60m。將泵房至冷卻係統母管管徑更換為φ133管道。改善現有管路情況下的供水流量，達到運行需要。
四、結束語
通過改造，冷卻係統在高壓變頻器運行負荷率80％以上情況下的實際環境溫度和工作溫度得到明顯改善。高壓變頻器變壓器櫃的最高溫度76℃、功率櫃的溫度28℃，完全符合高壓變頻器變壓器櫃溫度小於95℃、功率櫃的溫度小於40℃的運行環境要求。實踐證明，對冷卻係統的運行工況分析準確、改進措施有效。在冷卻係統的應用中，確保各項指標達到或優於運行要求是係統能否達到預期冷卻效果的重要因素。
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