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兩種高壓變頻器冷卻方式的經(jīng)濟(jì)性對比分析

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關(guān)鍵詞:高壓變頻器,變頻器技術(shù)

    1 引言

      高壓變頻器應(yīng)用中的設(shè)備散熱和運(yùn)行環(huán)境問題直接影響變頻器自身的運(yùn)行安全,隨著變頻器功率的不斷提高,其輔助冷卻的投資和運(yùn)營成本也逐漸得到越來越多的重視。采用專業(yè)的高壓變頻器空-水冷卻裝置,提高設(shè)安全穩(wěn)定性能,降低輔助冷卻系統(tǒng)的運(yùn)營成本,成為高壓變頻應(yīng)用中需要考慮的重要問題之一。

      下面就以高壓變頻器常見的房間空調(diào)冷卻和專用的高壓變頻器空-水冷卻裝置進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行比較分析。

    2 空調(diào)冷卻經(jīng)濟(jì)性分析

      2.1 冷卻功率計算

      以華能某電廠350mw機(jī)組一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器冷卻為例。兩臺一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器功率分別為1600kw,安裝在同一高壓變頻器室內(nèi),房屋面積為9m×6.5m×4.5m(長×寬×高)。

      按照南方氣候,需要制冷量按180w/m2計算,房屋自冷損耗即需要:

      qf =s×180=58.5×180≈10.53kw

      式中:s-房屋面積

      一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器額定發(fā)熱總量:qb=p×4%=1600×4%×2=128kw

      式中:p—高壓變頻器額定輸出功率。則,一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室的有效制冷量至少需要:q =qb+qf =128+10.53=138.53kw

      2.2 空調(diào)冷卻耗電指標(biāo)計算

      根據(jù)上述計算,一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室的有效需求冷量為138.53kw。考慮到高壓變頻器室的系統(tǒng)熱交換效率不可能為1,亦即空調(diào)的冷量完全進(jìn)入設(shè)備進(jìn)行冷卻實現(xiàn)100%交換。根據(jù)空調(diào)按照周邊環(huán)境擺放的格局、送風(fēng)距離、循環(huán)風(fēng)速等因素,其系統(tǒng)效率值按70%的典型值核算制冷功率:

           

      式中:η—效率

      根據(jù)空調(diào)的選型規(guī)格和能效比參數(shù),考慮到高壓變頻器不可能長期處于100%負(fù)載運(yùn)行,因此選擇12p空調(diào)設(shè)備,每臺額定制冷量28kw。

      空調(diào)數(shù)量:

      即:如果實現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室的環(huán)境溫度控制至少需要安裝7臺12p的空調(diào)設(shè)備。

      空調(diào)能效比=制冷量:網(wǎng)側(cè)電耗=2.5

      一次風(fēng)機(jī)室采用空調(diào)冷卻時,網(wǎng)側(cè)單位功耗:

      即:每天(24h)一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室采用空調(diào)冷卻的日耗電量為:1881.6kw·h。

      按照折合年機(jī)組有效運(yùn)行210天,每年一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室由于冷卻需要消耗電能c=395136 kw·h,按電價0.37元/kw·h計算,折合14.62萬元。

      按照一臺12p空調(diào)2.5萬元計算,采用空調(diào)冷卻的設(shè)備總投資為17.5萬元。

     

    3 空一水冷卻系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

      3.1 冷卻功率計算

      由上述計算可知:兩臺額定功率1600kw高壓變頻器的額定發(fā)熱量為128kw。采用空-水冷卻系統(tǒng)時,該系統(tǒng)將高壓變頻器排出的熱風(fēng)全部通過空-水冷卻裝置實現(xiàn)了熱交換,然后將冷風(fēng)排回室內(nèi),因此,其風(fēng)路循環(huán)效率得到極大提高,風(fēng)路循環(huán)效率接近99%。與空調(diào)冷卻不同的是前者冷卻房間后才能冷卻設(shè)備,而后者則是通過吸收設(shè)備發(fā)熱而達(dá)到高壓變頻器室內(nèi)環(huán)境控制目的。其系統(tǒng)效率自然得到提高,而且避免了環(huán)境冷卻所需的冷量消耗。

      考慮到極限運(yùn)行情況下的發(fā)熱量,以及水溫偏高、系統(tǒng)交換效率等因素,空冷器的設(shè)計裕度通常選擇為1.15~1.2倍。即:空冷器的熱交換功率不小于73.6kw/臺,實際選用的空冷器功率為每臺設(shè)備75kw。

      3.2 空調(diào)冷卻耗電指標(biāo)計算

      每臺高壓變頻器所配的空-水冷卻系統(tǒng),主要耗電設(shè)備為一臺2.2kw的增壓風(fēng)機(jī)。該設(shè)備與高壓變頻器柜頂?shù)娘L(fēng)機(jī)和空冷系統(tǒng)配置的風(fēng)機(jī)為熱備用結(jié)構(gòu)型式運(yùn)行。系統(tǒng)采用室內(nèi)密閉式循環(huán)冷卻,環(huán)境溫度控制在40℃以內(nèi)。一次風(fēng)機(jī)采用空-水冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境溫度控制時,每臺高壓變頻器配套的風(fēng)機(jī)總功耗為2.2kw,兩臺高壓變頻器冷卻風(fēng)機(jī)功耗p’為4.4kw。

      由于該系統(tǒng)利用機(jī)組閉式工業(yè)冷卻水,實現(xiàn)熱交換。冷卻水循環(huán)利用,循環(huán)水量需求為36t/h每臺機(jī)組。按照現(xiàn)場機(jī)組運(yùn)行的循環(huán)水總量計算,該一次風(fēng)系統(tǒng)水量使用比例占總量比重小于2%,因此循環(huán)泵功耗增加很小,可以忽略不計。

      采用空-水冷卻系統(tǒng)的單位總電耗4.4kw。每天(24h)兩臺機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室采用空水冷運(yùn)行的日耗電量為:24×4.4=105.6kw·h。

      按照折合年機(jī)組有效運(yùn)行210天,每年一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室由于冷卻需要消耗電能c=22176 kw·h,按電價 0.37元/kw·h計算,折合0.82萬元。

      按照每套75kw的空-水冷卻系統(tǒng)9.7萬元計算,采用空-水冷卻的設(shè)備總投資為19.4萬元。

    4 經(jīng)濟(jì)性對比分析

      通過上述數(shù)據(jù)計算,采用空-水冷卻系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)冷卻方式的經(jīng)濟(jì)性比對分析如下:

      節(jié)電率:

      式中p0即為一次風(fēng)機(jī)室采用空調(diào)冷卻時的網(wǎng)側(cè)功耗p。

      每年可節(jié)約電量:

      q = qd-qb= 395136-22176=372960 kw.h

      年可節(jié)約電費(fèi):m=q×n=372960×0.37=137995.2元,約合13.80萬元。

      即:采用空-水冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)一次風(fēng)高壓變頻器冷卻運(yùn)行,較采用常規(guī)的空調(diào)冷卻方式運(yùn)行每年僅冷卻部分的電耗即可節(jié)約13.8萬元。在1.5年后即可收回設(shè)備投資成本,實現(xiàn)了高壓變頻器項目節(jié)能和輔助設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行。

    5 結(jié)束語

      華能某電廠350mw機(jī)組一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室采用空-水冷卻系統(tǒng),除了可以帶來直接的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益外,還會帶來以下方面的經(jīng)濟(jì)收益:

      (1) 采用新型冷卻系統(tǒng)后,其高壓變頻器的設(shè)備冷卻運(yùn)營成本將比常規(guī)的空調(diào)冷卻降低90%左右。運(yùn)營成本只有空調(diào)冷卻系統(tǒng)的10%。

      (2)由于新型冷卻系統(tǒng)均采用密閉冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計,風(fēng)路循環(huán)使用。具有粉塵小、環(huán)境穩(wěn)定,受外界環(huán)境因素影響小等特點。除塵濾網(wǎng)的清洗周期可由原來的7~15天,延長到30~45天,大大減低維修維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。

      (3)由于設(shè)備使用和運(yùn)行數(shù)量降低,且空-水冷卻系統(tǒng)主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)備,其穩(wěn)定性和安全性遠(yuǎn)高于空調(diào)制冷的電力電子設(shè)備。系統(tǒng)的安全性得到提高,從輔助設(shè)備上保障了機(jī)組運(yùn)行的安全。

      (4)新型冷卻系統(tǒng)在設(shè)計方面充分考慮了設(shè)備故障、熱交換介質(zhì)泄漏、風(fēng)路應(yīng)急旁路、操作簡便性、可維護(hù)維修性等安全防護(hù)措施。與高壓變頻器設(shè)備整合運(yùn)行,提高整體安全性能。

      (5) 空-水冷卻系統(tǒng)的使用壽命是空調(diào)設(shè)備的5~8倍,從而可以大大減少設(shè)備的維修維護(hù)費(fèi)用。

      綜上所述,華能某電廠一次風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能項目中采用節(jié)能、環(huán)保的空-水冷卻系統(tǒng)是十分必要、切實可行的措施,項目具有明顯的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)異性,值得在高壓變頻應(yīng)用行業(yè)大力推廣使用,從而實現(xiàn)高壓變頻項目的全面節(jié)能。

    (審核編輯: 智匯胡妮)

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