电磁热泵技术在真空制盐中的应用及其节能研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国盐业总公司 作者:楚宪武

1、引言

  在真空制盐系统中,料液、传热介质的输送使用了大量的泵组,这些泵组是由泵和电机构成,电机作为其驱动力,是主要的用电设备,以年产60万吨真空制盐系统为例, 各类泵组电机总功率大于3700kW,占系统整体耗电量的90%以上。因此,节电潜力巨大, 在真空制盐系统中提高电机和泵的用电效率显得极其重要。

  电机在工作时将电能转换成机械能和热能,绝大部分机械能用于驱动泵做功,少部分机械能用于克服机械传动摩擦阻力和电机本体散热,电机所产生的热能不仅要散发掉,而且还要消耗自身的能量加快其散发,有些大功率电机需要附属设备辅助散热,造成大量能量浪费。据有关资料显示,我国80%以上的电机产品效率比国外先进水平平均低2~5个百分点,我国目前广泛应用的Y系列电机效率平均值为87.3%,而美国高效电机的效率平均值为90.3%,其近几年推出的超高效电机产品的效率平均值高达91.7%,电机效率平均提高1 个百分点,都需要优质的金属材料和先进的制造工艺作支撑,同时也伴随着成本的增加。以上所给出的电机效率值是在电机额定工作点下稳定运行的测量值, 在实际工作中,其平均效率要低于标称的测量值10~20%,即使安装变频器来提高电机的工作效率, 而变频器本身也要消耗一定的电能。因此,在真空制盐系统中,仅电机本身就有12.7%以上的电能损耗,其中还不包括大型电机辅助散热所消耗的能量。

  电机与泵之间需要采用轴传递功率, 泵轴的密封、润滑、散热等问题,直接影响泵的使用寿命和工作效率,而泵轴泄露问题是传统泵难以逾越的技术难题,也只能通过不断的更换配件来保证正常工作,对于大功率泵一般采用附属设备进行密封、润滑和散热,目前国产泵的效率在60~80%之间,有些大型轴流泵效率可达90%,比国外先进水平低2~4个百分点。因此,在真空制盐系统中,仅泵本身就有20%以上的功率损耗,其中还不包括大功率泵的附属设备所消耗的能量。

  由上述可知,在真空制盐系统中,泵和电机构成的泵组本体综合用电效率不到70%,对于大功率泵组的附属设备还要消耗一定的能量,因此,如何有效的提高泵组的用电效率是目前真空制盐行业面临的重要课题。然而,随着电磁热泵技术的出现和成功应用,为解决这些问题提供了新的途径。在真空技术网投稿此文主要是以年产60万吨真空制盐系统为例,对现有电磁热泵技术的改进及其在真空制盐系统中的应用进行讨论。

2、电磁热泵技术简介

  电磁热泵是在电磁泵基础上发展制造出来的,它是直接将电磁能转换成热能和机械能的泵,改变了传统电机的套筒式结构及传统泵的设计原理,电机转子为平面圆环状,并与泵的叶轮结合成一体,实现了泵和电机无轴传动,安全静密封,永不泄露,彻底解决了机械传动、泵轴泄露的世界难题。电磁热泵采用片式平面定子线圈绕组,通电后形成平面旋转磁场,该旋转磁场通过平面气隙,在转子(叶轮)中形成感生电磁场,此电磁场与定子旋转磁场相互作用,迫使转子(叶轮)旋转,同时将产生的热能直接传入到被输送的介质中,因此,既完成了泵本身输送介质的功能,又将产生的热能给介质加热,反之,介质又可以为泵本体散热,可谓一举三得,从而使供给电磁热泵的电能几乎被完全利用。

  电磁热泵具有以下主要特点:(1)电机、泵一体化,无轴传动,无振动;(2)永不泄漏,采用一体化全密封结构,可以侵入介质中;(3)低噪声,泵噪声≤47dB;(4)效率高,用电效率近100%。电磁热泵的发明至今不到十年时间, 属于环保型新产品,在锅炉和供暖设备上得到成功使用,取得了比较好的节能效果,如图为电磁热泵的实物图。

  目前电磁热泵产品的种类还比较少, 功率只做到0.5~80kW,流量0.5~200m3/H,扬程5~30m,仅适宜比较洁净、粘稠度低的介质。

3、电磁热泵技术在真空制盐系统中的应用

  为了使电磁热泵能够在真空制盐中得到最佳应用,可将真空制盐系统中的泵组分为两大类:第一类是被输送的介质需要加热的泵组, 称为介质加热泵组,如锅炉给水泵组、I~Ⅳ效循环泵组、Ⅰ~Ⅳ冷凝水泵组等; 第二类是被输送的介质不需要加热的泵组,称为介质冷却泵组,如冷却水泵组、冲洗水泵组、废水回收泵组等,这类泵组如果采用电磁热泵替代,能够解决机械传动、泵轴泄露、降低噪音等问题,节能效果并不明显。而对于第一类介质加热泵组,如果采用电磁热泵替代, 既能解决了机械传动、泵轴泄露、降低噪音等问题,提高泵组的使用寿命,也能充分发挥电磁热泵的节能特点,但是,目前现有的电磁热泵产品还不能替代所有第一类介质加热泵组,只能替代功率80kW、流量200m3/h 以下,并且输送的介质比较洁净、粘稠度低的泵组, 例如锅炉给水泵组、Ⅰ~Ⅳ冷凝水泵组等, 对于输送的介质带有颗粒、功率大、温度高的Ⅰ~Ⅳ效循环泵组,现有的电磁热泵产品还不能直接使用,必须对其进行改进,这是电磁热泵技术能否在真空制盐中得到充分应用的关键。为了适应这类需求,可以通过以下技术手段对现有电磁热泵进行技术改造:

  (1) 增大功率和流量。增大定子线圈绕组功率和加大转子(叶轮)尺寸,使电磁热泵的流量达到200~13000m3/h;

  (2)提高工作温度。线圈绕组采用耐高温绝缘导线,并对线圈绕组采用耐高温导热绝缘胶真空浇铸, 使电磁热泵耐温达到160℃以上;

  (3)提高抗腐蚀性。壳体和转子(叶轮)采用耐腐蚀金属材料;

  (4)提高输送带颗粒介质能力。转子(叶轮)由单层结构改成双层结构。

  通过以上四项技术改进, 电磁热泵不仅可以满足真空制盐的需要, 也可以满足其它化工工艺的需求,使电磁热泵技术得到更广泛的应用。

  电磁热泵与传统泵组一样也可以安装变频器,由于变频器自身具有1~3%的电能损耗, 本文建议对实时变流量幅度大或者启动频繁的电磁热泵和传统泵组安装变频器, 对于流量平稳或启动不频繁的电磁热泵和传统泵组不安装变频器, 变频器的应用不当,不仅不节电反而会增加电耗,也增加设备投入成本。

4、经济性分析

  在年产60万吨真空制盐系统中泵组的总功率大于3700kW, 其中介质需要加热类的泵组功率1400kW 以上,如果使用电磁热泵替代,不仅能够延长泵的使用寿命,也能节省泵组的日常维修费用,而且节电效果非常明显,传统泵组用电效率按70%计算, 采用电磁热泵后节电1400kW×(100%-70%)=420kW,每年工作7200小时,年节电302.4万kWh(度),这些电能可产生361200千卡/小时的热量,如果锅炉供热效率按70%计算,每年节约标准煤(420×860×7200÷7000)÷30%=1238400公斤=1238.4吨。因此,电磁热泵在真空制盐系统中的应用可以获得可观的经济效益。

5、结论

  由上所述可见,在真空制盐中发展电磁热泵技术,是节约电能的又一有效途径,它避开了传统的单一提高泵组效率的技术模式,巧妙的利用了泵组余热,不仅使泵组的用电效率达到近100%,而且彻底解决了机械传动、泵轴泄露的世界难题。因此,在真空制盐以及制盐化工中具有广泛的应用前景。

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