電磁熱泵技術(shù)在真空制鹽中的應(yīng)用及其節(jié)能研究

2009-09-02 楚憲武 中國鹽業(yè)總公司

1、引言

  在真空制鹽系統(tǒng)中,料液、傳熱介質(zhì)的輸送使用了大量的泵組,這些泵組是由泵和電機(jī)構(gòu)成,電機(jī)作為其驅(qū)動力,是主要的用電設(shè)備,以年產(chǎn)60萬噸真空制鹽系統(tǒng)為例, 各類泵組電機(jī)總功率大于3700kW,占系統(tǒng)整體耗電量的90%以上。因此,節(jié)電潛力巨大, 在真空制鹽系統(tǒng)中提高電機(jī)和泵的用電效率顯得極其重要。

  電機(jī)在工作時將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能和熱能,絕大部分機(jī)械能用于驅(qū)動泵做功,少部分機(jī)械能用于克服機(jī)械傳動摩擦阻力和電機(jī)本體散熱,電機(jī)所產(chǎn)生的熱能不僅要散發(fā)掉,而且還要消耗自身的能量加快其散發(fā),有些大功率電機(jī)需要附屬設(shè)備輔助散熱,造成大量能量浪費(fèi)。據(jù)有關(guān)資料顯示,我國80%以上的電機(jī)產(chǎn)品效率比國外先進(jìn)水平平均低2~5個百分點(diǎn),我國目前廣泛應(yīng)用的Y系列電機(jī)效率平均值為87.3%,而美國高效電機(jī)的效率平均值為90.3%,其近幾年推出的超高效電機(jī)產(chǎn)品的效率平均值高達(dá)91.7%,電機(jī)效率平均提高1 個百分點(diǎn),都需要優(yōu)質(zhì)的金屬材料和先進(jìn)的制造工藝作支撐,同時也伴隨著成本的增加。以上所給出的電機(jī)效率值是在電機(jī)額定工作點(diǎn)下穩(wěn)定運(yùn)行的測量值, 在實(shí)際工作中,其平均效率要低于標(biāo)稱的測量值10~20%,即使安裝變頻器來提高電機(jī)的工作效率, 而變頻器本身也要消耗一定的電能。因此,在真空制鹽系統(tǒng)中,僅電機(jī)本身就有12.7%以上的電能損耗,其中還不包括大型電機(jī)輔助散熱所消耗的能量。

  電機(jī)與泵之間需要采用軸傳遞功率, 泵軸的密封、潤滑、散熱等問題,直接影響泵的使用壽命和工作效率,而泵軸泄露問題是傳統(tǒng)泵難以逾越的技術(shù)難題,也只能通過不斷的更換配件來保證正常工作,對于大功率泵一般采用附屬設(shè)備進(jìn)行密封、潤滑和散熱,目前國產(chǎn)泵的效率在60~80%之間,有些大型軸流泵效率可達(dá)90%,比國外先進(jìn)水平低2~4個百分點(diǎn)。因此,在真空制鹽系統(tǒng)中,僅泵本身就有20%以上的功率損耗,其中還不包括大功率泵的附屬設(shè)備所消耗的能量。

  由上述可知,在真空制鹽系統(tǒng)中,泵和電機(jī)構(gòu)成的泵組本體綜合用電效率不到70%,對于大功率泵組的附屬設(shè)備還要消耗一定的能量,因此,如何有效的提高泵組的用電效率是目前真空制鹽行業(yè)面臨的重要課題。然而,隨著電磁熱泵技術(shù)的出現(xiàn)和成功應(yīng)用,為解決這些問題提供了新的途徑。在真空技術(shù)網(wǎng)投稿此文主要是以年產(chǎn)60萬噸真空制鹽系統(tǒng)為例,對現(xiàn)有電磁熱泵技術(shù)的改進(jìn)及其在真空制鹽系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行討論。

2、電磁熱泵技術(shù)簡介

  電磁熱泵是在電磁泵基礎(chǔ)上發(fā)展制造出來的,它是直接將電磁能轉(zhuǎn)換成熱能和機(jī)械能的泵,改變了傳統(tǒng)電機(jī)的套筒式結(jié)構(gòu)及傳統(tǒng)泵的設(shè)計(jì)原理,電機(jī)轉(zhuǎn)子為平面圓環(huán)狀,并與泵的葉輪結(jié)合成一體,實(shí)現(xiàn)了泵和電機(jī)無軸傳動,安全靜密封,永不泄露,徹底解決了機(jī)械傳動、泵軸泄露的世界難題。電磁熱泵采用片式平面定子線圈繞組,通電后形成平面旋轉(zhuǎn)磁場,該旋轉(zhuǎn)磁場通過平面氣隙,在轉(zhuǎn)子(葉輪)中形成感生電磁場,此電磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用,迫使轉(zhuǎn)子(葉輪)旋轉(zhuǎn),同時將產(chǎn)生的熱能直接傳入到被輸送的介質(zhì)中,因此,既完成了泵本身輸送介質(zhì)的功能,又將產(chǎn)生的熱能給介質(zhì)加熱,反之,介質(zhì)又可以為泵本體散熱,可謂一舉三得,從而使供給電磁熱泵的電能幾乎被完全利用。

  電磁熱泵具有以下主要特點(diǎn):(1)電機(jī)、泵一體化,無軸傳動,無振動;(2)永不泄漏,采用一體化全密封結(jié)構(gòu),可以侵入介質(zhì)中;(3)低噪聲,泵噪聲≤47dB;(4)效率高,用電效率近100%。電磁熱泵的發(fā)明至今不到十年時間, 屬于環(huán)保型新產(chǎn)品,在鍋爐和供暖設(shè)備上得到成功使用,取得了比較好的節(jié)能效果,如圖為電磁熱泵的實(shí)物圖。

  目前電磁熱泵產(chǎn)品的種類還比較少, 功率只做到0.5~80kW,流量0.5~200m3/H,揚(yáng)程5~30m,僅適宜比較潔凈、粘稠度低的介質(zhì)。

3、電磁熱泵技術(shù)在真空制鹽系統(tǒng)中的應(yīng)用

  為了使電磁熱泵能夠在真空制鹽中得到最佳應(yīng)用,可將真空制鹽系統(tǒng)中的泵組分為兩大類:第一類是被輸送的介質(zhì)需要加熱的泵組, 稱為介質(zhì)加熱泵組,如鍋爐給水泵組、I~Ⅳ效循環(huán)泵組、Ⅰ~Ⅳ冷凝水泵組等; 第二類是被輸送的介質(zhì)不需要加熱的泵組,稱為介質(zhì)冷卻泵組,如冷卻水泵組、沖洗水泵組、廢水回收泵組等,這類泵組如果采用電磁熱泵替代,能夠解決機(jī)械傳動、泵軸泄露、降低噪音等問題,節(jié)能效果并不明顯。而對于第一類介質(zhì)加熱泵組,如果采用電磁熱泵替代, 既能解決了機(jī)械傳動、泵軸泄露、降低噪音等問題,提高泵組的使用壽命,也能充分發(fā)揮電磁熱泵的節(jié)能特點(diǎn),但是,目前現(xiàn)有的電磁熱泵產(chǎn)品還不能替代所有第一類介質(zhì)加熱泵組,只能替代功率80kW、流量200m3/h 以下,并且輸送的介質(zhì)比較潔凈、粘稠度低的泵組, 例如鍋爐給水泵組、Ⅰ~Ⅳ冷凝水泵組等, 對于輸送的介質(zhì)帶有顆粒、功率大、溫度高的Ⅰ~Ⅳ效循環(huán)泵組,現(xiàn)有的電磁熱泵產(chǎn)品還不能直接使用,必須對其進(jìn)行改進(jìn),這是電磁熱泵技術(shù)能否在真空制鹽中得到充分應(yīng)用的關(guān)鍵。為了適應(yīng)這類需求,可以通過以下技術(shù)手段對現(xiàn)有電磁熱泵進(jìn)行技術(shù)改造:

 。1) 增大功率和流量。增大定子線圈繞組功率和加大轉(zhuǎn)子(葉輪)尺寸,使電磁熱泵的流量達(dá)到200~13000m3/h;

 。2)提高工作溫度。線圈繞組采用耐高溫絕緣導(dǎo)線,并對線圈繞組采用耐高溫導(dǎo)熱絕緣膠真空澆鑄, 使電磁熱泵耐溫達(dá)到160℃以上;

 。3)提高抗腐蝕性。殼體和轉(zhuǎn)子(葉輪)采用耐腐蝕金屬材料;

 。4)提高輸送帶顆粒介質(zhì)能力。轉(zhuǎn)子(葉輪)由單層結(jié)構(gòu)改成雙層結(jié)構(gòu)。

  通過以上四項(xiàng)技術(shù)改進(jìn), 電磁熱泵不僅可以滿足真空制鹽的需要, 也可以滿足其它化工工藝的需求,使電磁熱泵技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用。

  電磁熱泵與傳統(tǒng)泵組一樣也可以安裝變頻器,由于變頻器自身具有1~3%的電能損耗, 本文建議對實(shí)時變流量幅度大或者啟動頻繁的電磁熱泵和傳統(tǒng)泵組安裝變頻器, 對于流量平穩(wěn)或啟動不頻繁的電磁熱泵和傳統(tǒng)泵組不安裝變頻器, 變頻器的應(yīng)用不當(dāng),不僅不節(jié)電反而會增加電耗,也增加設(shè)備投入成本。

4、經(jīng)濟(jì)性分析

  在年產(chǎn)60萬噸真空制鹽系統(tǒng)中泵組的總功率大于3700kW, 其中介質(zhì)需要加熱類的泵組功率1400kW 以上,如果使用電磁熱泵替代,不僅能夠延長泵的使用壽命,也能節(jié)省泵組的日常維修費(fèi)用,而且節(jié)電效果非常明顯,傳統(tǒng)泵組用電效率按70%計(jì)算, 采用電磁熱泵后節(jié)電1400kW×(100%-70%)=420kW,每年工作7200小時,年節(jié)電302.4萬kWh(度),這些電能可產(chǎn)生361200千卡/小時的熱量,如果鍋爐供熱效率按70%計(jì)算,每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤(420×860×7200÷7000)÷30%=1238400公斤=1238.4噸。因此,電磁熱泵在真空制鹽系統(tǒng)中的應(yīng)用可以獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

5、結(jié)論

  由上所述可見,在真空制鹽中發(fā)展電磁熱泵技術(shù),是節(jié)約電能的又一有效途徑,它避開了傳統(tǒng)的單一提高泵組效率的技術(shù)模式,巧妙的利用了泵組余熱,不僅使泵組的用電效率達(dá)到近100%,而且徹底解決了機(jī)械傳動、泵軸泄露的世界難題。因此,在真空制鹽以及制鹽化工中具有廣泛的應(yīng)用前景。