電磁熱泵技術在真空制鹽中的應用及其節(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、傳熱介質的輸送使用了大量的泵組，這些泵組是由泵和電機構成，電機作為其驅動力，是主要的用電設備，以年產60萬噸真空制鹽系統(tǒng)為例，各類泵組電機總功率大于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)中提高電機和泵的用電效率顯得極其重要。

　　電機在工作時將電能轉換成機械能和熱能，絕大部分機械能用于驅動泵做功，少部分機械能用于克服機械傳動摩擦阻力和電機本體散熱，電機所產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)，有些大功率電機需要附屬設備輔助散熱，造成大量能量浪費。據有關資料顯示，我國80%以上的電機產品效率比國外先進水平平均低2～5個百分點，我國目前廣泛應用的Y系列電機效率平均值為87.3%，而美國高效電機的效率平均值為90.3%，其近幾年推出的超高效電機產品的效率平均值高達91.7%，電機效率平均提高1 個百分點，都需要優(yōu)質的金屬材料和先進的制造工藝作支撐，同時也伴隨著成本的增加。以上所給出的電機效率值是在電機額定工作點下穩(wěn)定運行的測量值，在實際工作中，其平均效率要低于標稱的測量值10～20%，即使安裝變頻器來提高電機的工作效率，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，僅電機本身就有12.7%以上的電能損耗，其中還不包括大型電機輔助散熱所消耗的能量。

　　電機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備進行密封、潤滑和散熱，目前國產泵的效率在60～80%之間,有些大型軸流泵效率可達90%，比國外先進水平低2～4個百分點。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，泵和電機構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，隨著電磁熱泵技術的出現和成功應用，為解決這些問題提供了新的途徑。在真空技術網投稿此文主要是以年產60萬噸真空制鹽系統(tǒng)為例，對現有電磁熱泵技術的改進及其在真空制鹽系統(tǒng)中的應用進行討論。

2、電磁熱泵技術簡介

　　電磁熱泵是在電磁泵基礎上發(fā)展制造出來的，它是直接將電磁能轉換成熱能和機械能的泵，改變了傳統(tǒng)電機的套筒式結構及傳統(tǒng)泵的設計原理，電機轉子為平面圓環(huán)狀，并與泵的葉輪結合成一體，實現了泵和電機無軸傳動，安全靜密封，永不泄露，徹底解決了機械傳動、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磁場，該旋轉磁場通過平面氣隙，在轉子（葉輪）中形成感生電磁場，此電磁場與定子旋轉磁場相互作用，迫使轉子（葉輪）旋轉，同時將產生的熱能直接傳入到被輸送的介質中，因此，既完成了泵本身輸送介質的功能，又將產生的熱能給介質加熱，反之，介質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：（1）電機、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構，可以侵入介質中；（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)保型新產品，在鍋爐和供暖設備上得到成功使用，取得了比較好的節(jié)能效果，如圖為電磁熱泵的實物圖。

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

3、電磁熱泵技術在真空制鹽系統(tǒng)中的應用

　　為了使電磁熱泵能夠在真空制鹽中得到最佳應用，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需要加熱的泵組，稱為介質加熱泵組，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不需要加熱的泵組，稱為介質冷卻泵組，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。而對于第一類介質加熱泵組，如果采用電磁熱泵替代，既能解決了機械傳動、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，但是，目前現有的電磁熱泵產品還不能替代所有第一類介質加熱泵組，只能替代功率80kW、流量200m³/h 以下，并且輸送的介質比較潔凈、粘稠度低的泵組，例如鍋爐給水泵組、Ⅰ～Ⅳ冷凝水泵組等，對于輸送的介質帶有顆粒、功率大、溫度高的Ⅰ～Ⅳ效循環(huán)泵組，現有的電磁熱泵產品還不能直接使用，必須對其進行改進，這是電磁熱泵技術能否在真空制鹽中得到充分應用的關鍵。為了適應這類需求，可以通過以下技術手段對現有電磁熱泵進行技術改造：

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

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

　�。�3）提高抗腐蝕性。殼體和轉子（葉輪）采用耐腐蝕金屬材料；

　�。�4）提高輸送帶顆粒介質能力。轉子（葉輪）由單層結構改成雙層結構。

　　通過以上四項技術改進，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，使電磁熱泵技術得到更廣泛的應用。

　　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，變頻器的應用不當，不僅不節(jié)電反而會增加電耗，也增加設備投入成本。

4、經濟性分析

　　在年產60萬噸真空制鹽系統(tǒng)中泵組的總功率大于3700kW，其中介質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用，而且節(jié)電效果非常明顯，傳統(tǒng)泵組用電效率按70%計算，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），這些電能可產生361200千卡/小時的熱量，如果鍋爐供熱效率按70%計算，每年節(jié)約標準煤（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)中的應用可以獲得可觀的經濟效益。