空水冷散热系统在龙钢400平烧结风机节能改造中的应用_侯健

19工业技术

1　项目介绍

龙钢400平烧结风机作为烧结厂的核心设备在设计使用之初即采用西门子GL150变频器作为软启动器来启动电机，为了降低系统能耗，在对烧结风机运行工况进行核算后采用西门子GH180高压变频器对原烧结风机驱动进行变频节能改造。为了保证变频器的安全稳定运行，采用了空水冷散热系统保证变频的运行环境。本文从系统的角度阐述本次改造的过程中空水冷散热系统的应用。

2　空水冷散热系统介绍

空水冷系统是利用循环水作为载体，将电气间的热量经空水冷换热器带出经循环水的凉水塔自然蒸发散热后再经循环水泵送回空水冷换热实现电气间的散热。利用空水冷散热可以很好的实现电气间的密闭循环系统，有效防止粉尘或其他物体的进入，而且充分利用水的自然蒸发吸热特性，有效降低系统的制冷功耗。空水冷散热器的系统结构共分为三个部分：循环风系统，冷却水循环系统，自动化控制系统。其中，循环风系统和冷却水循环系统分别针对冷热风循环和冷却水循环，两个循环互相独立，通过空水冷散热器来进行热量交换。自动化控制系统用于整个冷却系统的配电和自动化监控使用，便于系统的自动控制和上位监控。

（1）循环风系统。循环风系统用于电气间冷热风的循环，其主要设备包含：循环风管道、轴流风机、空水冷散热器。循环风管道分为两部分，一部分用于将电气间用电设备产生的热空气集中并引导至空水冷散热器，另一部分用于将经空水冷散热器后的冷空气导入电气间，当空水冷设备靠墙安装时，可将墙体作为后一部分管道。轴流风机安装于风道内部，用于冷热空气的循环，为其提供动力。空水冷散热器主要由铜管和羽翅组成，冷却循环水经铜管流过，羽翅用于增大换热面积，循环风经羽翅空隙流过形成风道回路，热风和冷却水在散热器进行热交换。

（2）冷却水循环系统。冷却水循环系统用于引导冷却循环水按照设计的管道循环流动，通过空水冷换热器吸收电气间设备运行时所产生的热量，并通过自身蒸发将温度降低，其主要由以下设备组成：循环水管道、循环水增压泵、凉水塔、补水管道和相关阀门及传感器。 循环水增压泵用于给循环水提供动力，使其能够顺利通过管路至空水冷散热器，并经由凉水塔顶部落入蓄水池，形成冷却水的循环。凉水塔用于循环冷却水的自然蒸发冷却和蓄水功能。补水管道用于循环水的补给以弥补由于蒸发而带来的水量损失，其端口可装设自动补水装置以实现自动补水。相关阀门用于系统管路的反冲洗和检修使用。传感器用于实时在线监测循环水系统的运行参数，如水温、压力等，实现系统的自动控制。

（3）自动化控制系统。自动化控制系统用于实现整个空水冷散热系统的自动控制，其主要包括以下部分：系统的低压配电和保护和系统的自动控制。系统的低压配电和保护主要是用来为凉水塔冷却风机、循环水泵、轴流风机和各种传感器提供电源和相关保护，并配置相关接触器、按钮和选择开关等实现系统的手自动切换和启动停止等功能。系统的自动控制主要是配合全厂自动化系统实现空水冷系统的自动控制，提供系统接口和系统逻辑保护，同时可根据实际需要对电气间的温度实现恒温控制等功能。

3　空水冷散热系统在龙钢烧结风机变频节能改造中的应用 在本次改造中变频器驱动系统采用西门子GH180高压变频器产品进行系统改造，每台电机增加两套4200kW西门子GH180变频并联输出驱动电机，由于变频器容量比较大，并且每个电机均由两台变频器并联驱动，电气间发热量很大，空水冷散热系统在保证变频器运行环境下是一个节能高效的选择。

（1）系统管路及设备布局设计。根据现场环境和设备的运行特性及原有厂房和电缆桥架的走向对变频器安装电气间进行设计，主要需要考虑如下问题：与原电气设备距离，有效节省电缆成本、方便空水冷系统补水，利于架设管路、减少管路弯道，降低系统管组和便于维护，预留检修通道。系统的供水及回水分别接入凉水塔的进水和回水口，各阀门的设计可在系统运行过程中现场对各段管路进行旁路运行检修，提高性的运行安全性。

（2）系统发热量核算及设备选型。空水冷散热系统的用途就是将变频器在运行过程中产生的热量导出，保证电气间的环境满足变频器及其他电气设备运行的需要，其散热量及时设备运行时的发热量。在设计核算时需要考虑系统的最大发热量并预留一定的余量，此余量取值需要根据实际需要选取。系统的最大发热量可按照如下算法核算： 对于本项目而言，电气间最主要的发热设备即为变频器，核算时仅考虑变频器的运行发热即可。

对空水冷散热器的选型需要考虑使用的数目和其运行的条件，其

换热功率选型可按照如下方式核算：

凉水塔的容量选择满足散热器的相关要求即可，算法同空水冷散热器额选型类似。

（3） 系统配电和自动化设计。系统配电和自动化设计根据空水冷系统的实际需要来进行设计，其中系统配电主要满足如下设备的需求：循环增压水泵、凉水塔强冷风机、冷热风循环轴流风机和配套传感器及控制系统。循环水冷根据其容量设计为星三角启动，以降低启动电流，星三角通过响应继电器自动实现。所有风机和水泵类负载均设计有热继保护，防止设备过载烧毁设备。配套传感器和控制系统用于实现空水冷系统的自动控制和远程监控，其主要实现如下功能：空水冷系统自动控制，如配合变频器运行自动启动、停止等；循环水温和冷热风温度监控；循环水压力和流量监控；系统声光报警系统，等。空水冷散热系统ET200M站与主系统PLC通过Profibus连接，通过中继器实现网路的物理网路的连接，有效提高系统的稳定性。

4　结论

随着变频器在工业领域的大量普及，散热的需求会越来越大，空水冷散热系统作为一种经济有效的散热方式可以被更好的利用和推广。在本厂400平烧结风机节能改造项目中，空水冷系统运行稳定，散热效果良好，而且耗能低、维护简单，使系统辅助能耗明显降低，为系统的整体节能效果的保证提供了有力的基础。

空水冷散热系统在龙钢400平烧结风机

节能改造中的应用

侯　健,王明杰,魏　智

（陕西龙门钢铁有限责任公司,陕西 韩城 715409）

摘　要：该论文主要讲述了空水冷散热系统在龙钢400平烧结风机节能改造中的应用，并着重讲述了利用空水冷散热系统实现变频器间散热的系统解决方案。

关键词：空水冷散热，变频改造；应用

DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.01.017