基于变频调速系统的冷却塔风机优化节能研究

发布时间：2017-10-09 06:46

  本文关键词：基于变频调速系统的冷却塔风机优化节能研究

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【摘要】：冷却塔风机是石油化工行业中的重要的冷却设备,也是循环水系统最主要的耗电设备之一,对其实施变频运行是目前风机节能最为有效的措施。风机的变频节能运行主要依据冷却塔的工况换热需求,以满足生产需求的供水温度,为了使冷却塔风机变频运行更加安全合理并进一步节能,因此对风机变频调速系统的优化节能研究有重要的现实意义。本课题在对冷却塔换热理论和风机变频运行理论分析的基础上,针对中国石化天津分公司烯烃部冷却塔,设计并制造了风机变频调速系统,并对其变频控制模式进行了优化。其主要的研究成果如下：(1)研究变频工作原理与风机运行理论,通过对电机变频调速运行时机械与电气性能的分析,和风机变速运行时各项参数的分析,最终对风机变频调速运行的节能情况进行分析研究。(2)研究冷却塔进行换热的热力学理论,尤其对塔内填料换热特性进行分析,结合风机变频运行理论,建立风机电机电源频率与冷却塔特征数(换热能力)关系的数学模型,风机运行频率值与冷却塔换热散热能力的关系得到了对应。(3)根据建立风机电机电源频率与冷却塔特征数(换热能力)关系的数学模型,提出并设计了优化风机变频调速系统的控制模式——特征数等差离散变频模式,对此控制模式进行节能分析,并针对中石化天津分公司水务烯烃部冷却塔风机,进行了变频控制模式的优化设计。(4)完成了变频调速系统的设计与制造,包括对变频器主回路与控制回路,PLC控制回路的电气设计,通过PLC程序与外部电气电路,实现了变频调速系统对风机运行的闭环控制,通过力控组态软件实现了上位机对风机节能控制的远程操作和实时运行状态的远程监控。本课题优化设计后的冷却塔风机变频调速系统已在中国石化天津分公司烯烃部应用,有效地提高了系统运行的稳定性,节能效果显著,具有良好的推广价值和市场应用前景。
【关键词】：冷却塔风机 变频调速系统 热力学 优化节能
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE965;TM921.51
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 前言10-16
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题背景与研究意义10-11
• 1.2.1 课题背景10-11
• 1.2.2 研究意义11
• 1.3 节能控制理论研究进展11-14
• 1.3.1 PID控制节能理论研究11-12
• 1.3.2 模糊控制节能理论研究12-14
• 1.4 本论文研究内容及论文结构14-16
• 2 冷却塔风机变频运行理论分析研究16-26
• 2.1 冷却塔风机电机调速原理分析16-17
• 2.2 变频调速原理研究17-20
• 2.2.1 变频器的定义17
• 2.2.2 变频器的工作原理分析17-19
• 2.2.3 变频器的作用及其意义19-20
• 2.3 冷却塔风机运行分析与研究20-23
• 2.3.1 冷却塔风机运行特性20-21
• 2.3.2 冷却塔风机相似定律21-23
• 2.4 冷却塔风机变频运行特性与节能研究23-24
• 2.4.1 冷却塔风机负载转矩特性23
• 2.4.2 冷却塔风机变频节能分析23-24
• 2.5 本章小结24-26
• 3 冷却塔热力学特性与风机运行的关系分析研究26-35
• 3.1 冷却塔热力与气动理论分析26-31
• 3.1.1 冷却塔内水的冷却原理分析27-28
• 3.1.2 冷却塔气动特性理论分析28-31
• 3.2 填料换热理论分析31-32
• 3.3 通风量与特征数的关系研究32-33
• 3.4 风机频率与特征数的关系研究33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 4 基于热力学理论的变频控制模式分析与设计35-43
• 4.1 特征数等差离散变频模式分析与设计35-37
• 4.1.1 离散变频模式概述35
• 4.1.2 离散频率点计算方法35-36
• 4.1.3 离散变频模式分析与研究36-37
• 4.2 特征数等差离散变频节能分析37-39
• 4.2.1 变频节能计算原理38
• 4.2.2 实际节能效果分析38-39
• 4.3 系统变频模式优化设计39-42
• 4.3.1 针对系统的离散变频设计39-41
• 4.3.2 变频调速系统控制流程41-42
• 4.4 本章小结42-43
• 5 冷却塔风机变频调速系统设计与实现43-68
• 5.1 冷却塔风机变频调速系统设计总体思路43-44
• 5.1.1 变频调速系统设计要求43
• 5.1.2 变频调速系统设计原理43
• 5.1.3 变频调速系统自动控制43-44
• 5.1.4 变频调速系统手动控制44
• 5.2 变频设备电气一次设计44-55
• 5.2.1 变频调速执行柜设计要求44-45
• 5.2.2 变频器选型设计及其参数设定45-50
• 5.2.3 旁路系统设计50-51
• 5.2.4 变频电气柜设计51-53
• 5.2.5 变频柜电气一次设计53-55
• 5.3 变频设备电气二次设计55-58
• 5.3.1 系统手动/自动切换55-57
• 5.3.2 频率调节57
• 5.3.3 报警联锁57-58
• 5.3.4 辅助回路设计58
• 5.4 PLC控制系统设计58-63
• 5.4.1 PLC原理简介及选型58-59
• 5.4.2 系统控制电路设计59-61
• 5.4.3 系统软件设计及通讯的实现61-63
• 5.5 变频调速系统组态上位机设计与实现63-64
• 5.5.1 基于力控的监控设计方案63
• 5.5.2 变频调速系统的上位机实现63-64
• 5.6 变频调速系统项目施工64-67
• 5.6.1 变频调速系统电气施工64-67
• 5.6.2 变频调速系统仪表施工67
• 5.7 本章小结67-68
• 6 结论68-69
• 7 展望69-70
• 8 参考文献70-75
• 9 攻读硕士学位期间发表论文情况75-76
• 10 致谢76

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本文编号：998763