電磁熱泵技術在真空制鹽中的應用及其節能研究

2009-09-02 楚憲武中國鹽業總公司

1、引言

　　在真空制鹽系統中，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為例，各類泵組電機總功率大于3700kW，占系統整體耗電量的90%以上。因此，節電潛力巨大，在真空制鹽系統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掉，而且還要消耗自身的能量加快其散發，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為例，對現有電磁熱泵技術的改進及其在真空制鹽系統中的應用進行討論。

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，改變了傳統電機的套筒式結構及傳統泵的設計原理，電機轉子為平面圓環狀，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%。電磁熱泵的發明至今不到十年時間，屬于環保型新產品，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，也能充分發揮電磁熱泵的節能特點，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泵組安裝變頻器，對于流量平穩或啟動不頻繁的電磁熱泵和傳統泵組不安裝變頻器，變頻器的應用不當，不僅不節電反而會增加電耗，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，也能節省泵組的日常維修費用，而且節電效果非常明顯，傳統泵組用電效率按70%計算，采用電磁熱泵后節電1400kW×（100%－70%）＝420kW，每年工作7200小時，年節電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中的應用可以獲得可觀的經濟效益。