空水冷散熱系統在龍鋼400平燒結風機節能改造中的應用

侯健　王明杰　魏智

摘 要：該論文主要講述了空水冷散熱系統在龍鋼400平燒結風機節能改造中的應用，并著重講述了利用空水冷散熱系統實現變頻器間散熱的系統解決方案。

關鍵詞：空水冷散熱，變頻改造；應用

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

1 項目介紹

龍鋼400平燒結風機作為燒結廠的核心設備在設計使用之初即采用西門子GL150變頻器作為軟啟動器來啟動電機，為了降低系統能耗，在對燒結風機運行工況進行核算后采用西門子GH180高壓變頻器對原燒結風機驅動進行變頻節能改造。為了保證變頻器的安全穩定運行，采用了空水冷散熱系統保證變頻的運行環境。本文從系統的角度闡述本次改造的過程中空水冷散熱系統的應用。

2 空水冷散熱系統介紹

空水冷系統是利用循環水作為載體，將電氣間的熱量經空水冷換熱器帶出經循環水的涼水塔自然蒸發散熱后再經循環水泵送回空水冷換熱實現電氣間的散熱。利用空水冷散熱可以很好的實現電氣間的密閉循環系統，有效防止粉塵或其他物體的進入，而且充分利用水的自然蒸發吸熱特性，有效降低系統的制冷功耗。空水冷散熱器的系統結構共分為三個部分：循環風系統，冷卻水循環系統，自動化控制系統。其中，循環風系統和冷卻水循環系統分別針對冷熱風循環和冷卻水循環，兩個循環互相獨立，通過空水冷散熱器來進行熱量交換。自動化控制系統用于整個冷卻系統的配電和自動化監控使用，便于系統的自動控制和上位監控。

（1）循環風系統。循環風系統用于電氣間冷熱風的循環，其主要設備包含：循環風管道、軸流風機、空水冷散熱器。循環風管道分為兩部分，一部分用于將電氣間用電設備產生的熱空氣集中并引導至空水冷散熱器，另一部分用于將經空水冷散熱器后的冷空氣導入電氣間，當空水冷設備靠墻安裝時，可將墻體作為后一部分管道。軸流風機安裝于風道內部，用于冷熱空氣的循環，為其提供動力。空水冷散熱器主要由銅管和羽翅組成，冷卻循環水經銅管流過，羽翅用于增大換熱面積，循環風經羽翅空隙流過形成風道回路，熱風和冷卻水在散熱器進行熱交換。

（2）冷卻水循環系統。冷卻水循環系統用于引導冷卻循環水按照設計的管道循環流動，通過空水冷換熱器吸收電氣間設備運行時所產生的熱量，并通過自身蒸發將溫度降低，其主要由以下設備組成：循環水管道、循環水增壓泵、涼水塔、補水管道和相關閥門及傳感器。

循環水增壓泵用于給循環水提供動力，使其能夠順利通過管路至空水冷散熱器，并經由涼水塔頂部落入蓄水池，形成冷卻水的循環。涼水塔用于循環冷卻水的自然蒸發冷卻和蓄水功能。補水管道用于循環水的補給以彌補由于蒸發而帶來的水量損失，其端口可裝設自動補水裝置以實現自動補水。相關閥門用于系統管路的反沖洗和檢修使用。傳感器用于實時在線監測循環水系統的運行參數，如水溫、壓力等，實現系統的自動控制。

（3）自動化控制系統。自動化控制系統用于實現整個空水冷散熱系統的自動控制，其主要包括以下部分：系統的低壓配電和保護和系統的自動控制。系統的低壓配電和保護主要是用來為涼水塔冷卻風機、循環水泵、軸流風機和各種傳感器提供電源和相關保護，并配置相關接觸器、按鈕和選擇開關等實現系統的手自動切換和啟動停止等功能。系統的自動控制主要是配合全廠自動化系統實現空水冷系統的自動控制，提供系統接口和系統邏輯保護，同時可根據實際需要對電氣間的溫度實現恒溫控制等功能。

3 空水冷散熱系統在龍鋼燒結風機變頻節能改造中的應用

在本次改造中變頻器驅動系統采用西門子GH180高壓變頻器產品進行系統改造，每臺電機增加兩套4200kW西門子GH180變頻并聯輸出驅動電機，由于變頻器容量比較大，并且每個電機均由兩臺變頻器并聯驅動，電氣間發熱量很大，空水冷散熱系統在保證變頻器運行環境下是一個節能高效的選擇。

（1）系統管路及設備布局設計。根據現場環境和設備的運行特性及原有廠房和電纜橋架的走向對變頻器安裝電氣間進行設計，主要需要考慮如下問題：與原電氣設備距離，有效節省電纜成本、方便空水冷系統補水，利于架設管路、減少管路彎道，降低系統管組和便于維護，預留檢修通道。系統的供水及回水分別接入涼水塔的進水和回水口，各閥門的設計可在系統運行過程中現場對各段管路進行旁路運行檢修，提高性的運行安全性。

（2）系統發熱量核算及設備選型。空水冷散熱系統的用途就是將變頻器在運行過程中產生的熱量導出，保證電氣間的環境滿足變頻器及其他電氣設備運行的需要，其散熱量及時設備運行時的發熱量。在設計核算時需要考慮系統的最大發熱量并預留一定的余量，此余量取值需要根據實際需要選取。系統的最大發熱量可按照如下算法核算：

對于本項目而言，電氣間最主要的發熱設備即為變頻器，核算時僅考慮變頻器的運行發熱即可。

對空水冷散熱器的選型需要考慮使用的數目和其運行的條件，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要求即可，算法同空水冷散熱器額選型類似。

（3） 系統配電和自動化設計。系統配電和自動化設計根據空水冷系統的實際需要來進行設計，其中系統配電主要滿足如下設備的需求：循環增壓水泵、涼水塔強冷風機、冷熱風循環軸流風機和配套傳感器及控制系統。循環水冷根據其容量設計為星三角啟動，以降低啟動電流，星三角通過響應繼電器自動實現。所有風機和水泵類負載均設計有熱繼保護，防止設備過載燒毀設備。配套傳感器和控制系統用于實現空水冷系統的自動控制和遠程監控，其主要實現如下功能：空水冷系統自動控制，如配合變頻器運行自動啟動、停止等；循環水溫和冷熱風溫度監控；循環水壓力和流量監控；系統聲光報警系統，等。空水冷散熱系統ET200M站與主系統PLC通過Profibus連接，通過中繼器實現網路的物理網路的連接，有效提高系統的穩定性。

4 結論

隨著變頻器在工業領域的大量普及，散熱的需求會越來越大，空水冷散熱系統作為一種經濟有效的散熱方式可以被更好的利用和推廣。在本廠400平燒結風機節能改造項目中，空水冷系統運行穩定，散熱效果良好，而且耗能低、維護簡單，使系統輔助能耗明顯降低，為系統的整體節能效果的保證提供了有力的基礎。