动力站冷水机组冷却水泵变频节能改造方案

冰机冷却水泵、冷却塔风扇变频改造

事件描述：目前动力站配置2台2000RT低温冷冻机、1台1000RT低温冷冻机保障整个厂区制冷的全年运行。但在系统实际运行中，我们发现配置的冰机容量均是过大的，冰机实际负荷仅有在夏季最严厉的两个月左右时间内达到过满负荷运行，其余大部分时段均在50~70%的工况下运行，而此时工频冷却水泵却依然保持着全负荷运行状态，造成了冷却泵电机的能源浪费。拟将冰机冷却水泵增加变频控制达到节能的目的，同理冷却塔风扇也拟增加变频改造。

改善方案能耗计算：

1 、目前动力站冰机系统介绍

         

2 、冷冻水管路系统采用的是二次泵桥管变流量系统

         

桥管将整个系统分隔为两个水力工况相对独立的回路：冷水生产和冷水输送，当冷机负荷与用户负荷相等时，管内流量为零；当用户负荷减少时，桥管内流量从供水流向回水，我们的二次泵为变频变速调节方式，故本次方案不针对冷冻水侧的变频改造。仅寻求冷却水侧的节能改造。

3 、动力站的冷水机组及水泵额定参数

备注：冰机所有冷却水泵均是工频，此次改造既是增加冷却水泵变频器。

4 、3  #大冰机夏季最严厉时刻实际运行的能量分析  

         

根据大冰机夏季严厉工况实际运行分析可看出，冰机实际运行温差为3.2℃，则其冷量约为：4480kw，冰机额定制冷量为：7034kw，实际冷量约为额定的64%，跟冰机电流负荷60%基本一致。 此时冷凝器温差2.9℃，并未达到冰机额定的设计温差5℃，可以得到大冰机冷却水泵流量严重过量，如果温差拉到5℃，即可通过降低冷却水泵流量做到，这既是本次节能根本出发点。

5 、通过之前的实际工况分析，节能空间在于降低3  #冷却水泵的流量  ，额定流量为1500m 3 ，根据能量守恒定律，通过降低电源频率将流量由1500吨降至870吨即可满足要求。

由于离心式水泵流量与转速的一次方关系，而功率与转速的立方关系。转速与电源频率的正比关系：

可以得出：流量下降比1500/870，则电源频率下降至约30Hz。而电功率因频率下降降至31.2kw，可节约128.8kw。

另外由于二次泵变频转速调节中流量与扬程存在的二次方关系：H1/H2=(n1/n2)  2 ，扬程则会由原来的25m下降至8.41m，不足一公斤的压头，加上回水的高位势能约0.5公斤，实际出水压头约为13.5m，还是可能会造成冷却水无法泵送至屋面冷却塔，故为保障系统稳定运行，必须设置最低压头及最低频率，经过厂家咨询将最低出水压头确定为15m，则理论扬程应由25m降至10m即可。则反推流量将降低至949m 3 /h ，此时理论制冷量约为：4450kw，约为63%冰机额定负荷，另频率降至 31.6Hz （最低安全频率） ，而功率降至40.51kw，可节约能耗为160-40.51≈120kw。

而降低水泵的流量，可以通过阀门调节控制及变频调节控制两种方式来达到。通过右侧对比曲线图可以看出，通过变频器的频率调节流量的经济节能效果是机器显著的，故本方案确定为采用变频器调节。

         

效益分析计算：

1 、根据往年大冰机实际运行数据统计，大冰机全年运行月份为5-9月份共计5个月，而冰机负荷低于77.5%的时段经过统计约有3个月时间，在其余低冷负荷月份则运行小冰机，根据之前计算大冷却水泵流量由1500m 3 /h 降至949m 3 /h ，而功率降至40.51kw，可节约能耗为160-40.51≈120kw。

三个月共可以节约能耗为：259200千瓦时，电费均价为0.7元/千瓦时，则每年节约费用为18.14万元。

2 、样的根据往年小冰机实际运行数据统计，小冰机全年运行月份除去冬季板换的2个月间断为5个月时间，根据之前计算可得出小冷却水泵压头相同频率最低也要为31.6Hz，则流量由750m 3 /h 降至474m 3 /h ，而功率降至18.93kw，可节约能耗为75-18.93≈56kw。

则五个月共可以节约能耗为：201600千瓦时，电费均价为0.7元/千瓦时，则每年节约费用为14.11万元。

则两台冷却水泵经过变频运行后每年可节约32.25万元。

3 、冷却塔风扇的变频能耗分析     

冷却塔风扇也是工频运行，拟将其也增加1台变频运行。控制逻辑为每日空气实时湿球以上3℃为冷却水温度最低值，最高值为30℃，频率在最低值及最高值之间稳定连续波动。经过与厂家的交流确定最低频率为30Hz，风机额定功率37kw，则频率降至30Hz时，功率降至7.99kw，节约37-7.99≈29kw。而冷却塔风扇运行时间全年至少保持一台运行。

则一台变频冷却塔风扇每年可节约250560千瓦时，费用为17.54万元。

最终结果：经过两台冰机的冷却水泵及一台冷却塔风扇变频改造后，每年共可以节约费用为：32.25+17.54=49.79万元

投资成本分析：

1 、本次改造需要新增设备为：160kw、75kw、37kw变频器各一台。

2 、新增加控制箱费用，原先控制箱保留以作为紧急备用。

3 、原先工频电机改善费用。

4 、控制系统采用PLC等自动控制费用。

5 、电缆线材及安装费用。

6 、其他。

分部分项工程量清单

注：可看出项目投资运营后约3个月即可收回投资并开始产生收益。

改造方案组织设计：

1 、本方案为111  #动力站原先1  #、2  #冷却水泵及1   #冷却塔电机电源变频节能改造  ，主要包括3台新变频器系统的安装就位、调试、运行。

2 、施工技术方案要求，所有设备位置及安装说明按图施工，不得影响其他设备运行。安装完成后调试运行前，必须通知甲方及供货方三方一起调试验收。

3 、改造工期要求，为尽可能降低对其他设备的影响，要求7个工作日内完成。

4 、技术指标要求（验收标准）：

最低频率的校验与确定不能影响系统的稳定。

原先工频电机运行冷却效果的确认，并形成书面验收资料保存并记录。

变频调节系统运行平稳，无故障及其他隐患。

本文来源于互联网，暖通南社整理编辑于2022年2月21日。