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关于离心式冷水机组变频改造可行性探讨
关于离心式冷水机组变频改造可行性探讨
来源:中制冷设备网    2009-7-16
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    离心式冷水机组变频调速装置即VSD(VariableSpeedDrive)采用独特的控制逻辑,同步调节导流叶片开关度和电机转速,通过变频驱动改造,机组运行节能效果显著。适用于宾馆、医院住院大楼等24小时运行、且昼夜冷负荷有明显差异的场所。本文针对离心式冷水机组的变频调速装置,从优点、改造内容、经济性分析三方面入手,阐述了变频改造的可行性。

 


    一、VSD优点

 


    1.节能显著


    使用变频器后,离心式冷水机组主要从两个方面实现节能:一是部分负荷运行状态下的节能,二是低冷却水温度下的节能。


    ①部分负荷状态下运行的节能:


    众所周知,冷水机组99%以上的时间运行在部分负荷工况。通常,在部分负荷下,恒速离心机通过调节导流叶片开度来调节机组输出冷量,最高效率点通常在70%~80%负荷左右,负荷降低,单位冷量能耗增加较显著。而VSD不断监测下列参数:冷冻水温度,冷冻水温度设定值,冷媒压力导流叶片开度和电机的转速。然后自适应容量控制逻辑定出有效的调节方法。它将优化电机转速和PRV(导叶)的开度,使机组运行转速最小而效率最高,能耗达到最小。


    以约克500冷吨的离心机组为例,在冷却水温度为25℃时,恒速机和变频机的运行参数如下表所示:


    从以上图表可以看出,在部分负荷的情况下,变频离心机组和相同型号的恒速机组相比,其单位制冷量的能耗要低很多。这对于长期处于部分负荷的机组来说,使用变频机组无疑给用户节省了大量的电费。


    ②低冷却水温度状态下运行的节能:


    机组在夜间、过渡季节甚至是冬天运行时,冷却水的温度往往比较低。对于恒速机组,需要有恒定的工作条件,即需要有恒定的蒸发压力和冷凝压力。但冷却水温度降低后,必然使得冷凝压力相应地降低,此时,为了满足离心压缩机的工作条件,只有通过关小进口导叶,减小输气量,从而调整离心压缩机的工作点,以适应更低的冷凝压力。但以上调节却降低了机组的效率,无端地消耗了更多的能量。而使用变频器后,则可以通过调整压缩机的转速,以适应冷凝温度的变化,最大限度地利用低冷却水温的节能效应,达到节能的目的。


    同样以500冷吨离心机组为例,在70%负荷时,不同冷凝温度下,恒速机和变频机的运行参数如下表所示:


    机组在低冷却水温下,使用变频器有非常明显的节能效果,且冷却温度越低,节能效果越显著,当负荷变低时,这个效果还更加明显。对于在过渡季节甚至冬季投入使用的机组来说,安装变频器的优越性是非常明显的。

变频离心机组的众多工程应用表明:变频离心式机组节能显著,与恒速离心机组相比,同样冷量的机组,使用变频驱动,年运行费用节省30%左右。


    此外,VSD还能自动修正功率因数,在机组正常运转时保证功率因数不小于0.95。


    以上表明加装VSD后,利用独特控制逻辑,变频离心机能大大提高部分负荷性能指标,并能够充分利用过渡季节以及冬季室外温度低的优势,从而达到节能的目的。

 


    2.优化冷冻机组启动性能,延长设备寿命


    恒速离心机通常配置星三角启动器,启动电流可能高达满负荷电流(FLA)的500%,而变频离心机的启动电流绝不会超过机组满负荷电流(FLA)的100%,这减少了设备的电流冲击,降低电器设备投资,且延长设备寿命。

 


    3.运行更安静


    离心式冷水机组的大部分噪声是由制冷剂高速排气造成的。约克设计冷水机组时,根据机组的性能和噪声控制要求,研究了机组的气体动力学特性。通过低负荷下降压缩机转速,从而降低了制冷剂气体的速度。VSD使机组的运行更宁静。VSD能大大降低机组在非设计工况下运行的噪声。同样由于速度的降低,延长了机组部件的寿命。

 


    4.防止喘振、提高机组可靠性


    “喘振”是离心机组发生故障的罪魁祸首。配置了VSD后,变频离心机组可通过变速和导流叶片协同调节容量。机组能测定现在的工作点,选择相应的容量调节模式,并能精确地预测喘振区,从而可以在100%~10%负荷范围内避免“喘振”现象的发生。

 


    二、VSD改装


    1.拆除原有星三角起动柜,加装VSD驱动装置。


    2.加装VSD驱动器的冷却水管及循环泵。


    3.更换控制中心(或其中CMII版)。


    4.增加ACC自适应控制板。


    5.更换原有的键盘,换适应VSD操作的键盘。


    6.加装导叶的位置反馈传感器。


    7.安装系统控制软件。


    8.更换全部或部分的压力变送器。


    9.系统的静态与动态调试。

 

 三、经济性分析


    1.投资费用


    以1台约克离心式冷水机组实施变频改造为例,则总的费用如下:


    2.节电分析


    以对约克YKNINIG45COBS(600冷吨)离心式冷水机组进行变频改造为例。变频装置的采用,会大大节约冷冻机组的运行费用,应用相关电脑软件分析系统,根据该大楼离心机组运行的一般规律,现做经济性分析如下:


    恒速机组年耗电:1847777kWh


    变速机组年耗电:1547006kWh


    年运行总节省电:300770kWh


    3.投资回收期


    将装有变频器的机组置于整个系统,其节电总值将超过单机系统的节电值,这是因为机组有更多的时间在高负荷、低冷却水的情况下运行,这将更加体现出变频器的优点。


    根据以上结果,我们可以计算出变频器的回收周期(取平均电费为RMB0.90/kWh):


    YR1=750000/(300770×0.90)=2.8年

 


    四、结论
    1.若采用变频VSD装置,将在三年内即可收回投资。
    2.如果使用负荷安排合理,变频装置的优越性还将得到更加充分的体现(增加“机房自动控制系统”可以对机组的运行自动进行优化,最大限度地发挥VSD变频装置的节能效果)。
    3.我们可以采取调整机组不同时间段运行的冷水温度设置,使机组的运行效率进一步提高,加快缩短投资回收周期。
    4.变频装置辅之以正确的操作和维护,还可以大大延长离心式冷冻机的使用寿命。
 

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