電磁熱泵技術(shù)在真空制鹽中的應用及其節能研究

1、引言

　　在真空制鹽系統中，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構成，電機作為其驅動(dòng)力，是主要的用電設備，以年產(chǎn)60萬(wàn)噸真空制鹽系統為例， 各類(lèi)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(shí)將電能轉換成機械能和熱能，絕大部分機械能用于驅動(dòng)泵做功，少部分機械能用于克服機械傳動(dòng)摩擦阻力和電機本體散熱，電機所產(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)，有些大功率電機需要附屬設備輔助散熱，造成大量能量浪費。據有關(guān)資料顯示，我國80%以上的電機產(chǎn)品效率比國外先進(jìn)水平平均低2～5個(gè)百分點(diǎn)，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(chǎn)品的效率平均值高達91.7%，電機效率平均提高1 個(gè)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(shí)也伴隨著(zhù)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(diǎn)下穩定運行的測量值， 在實(shí)際工作中，其平均效率要低于標稱(chēng)的測量值10～20%，即使安裝變頻器來(lái)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(wèn)題，直接影響泵的使用壽命和工作效率，而泵軸泄露問(wèn)題是傳統泵難以逾越的技術(shù)難題，也只能通過(guò)不斷的更換配件來(lái)保證正常工作，對于大功率泵一般采用附屬設備進(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90%，比國外先進(jìn)水平低2～4個(gè)百分點(diǎn)。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(yè)面臨的重要課題。然而，隨著(zhù)電磁熱泵技術(shù)的出現和成功應用，為解決這些問(wèn)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(wàn)噸真空制鹽系統為例，對現有電磁熱泵技術(shù)的改進(jìn)及其在真空制鹽系統中的應用進(jìn)行討論。

2、電磁熱泵技術(shù)簡(jiǎn)介

　　電磁熱泵是在電磁泵基礎上發(fā)展制造出來(lái)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(huán)狀，并與泵的葉輪結合成一體，實(shí)現了泵和電機無(wú)軸傳動(dòng)，安全靜密封，永不泄露，徹底解決了機械傳動(dòng)、泵軸泄露的世界難題。電磁熱泵采用片式平面定子線(xiàn)圈繞組，通電后形成平面旋轉磁場(chǎng)，該旋轉磁場(chǎng)通過(guò)平面氣隙，在轉子（葉輪）中形成感生電磁場(chǎng)，此電磁場(chǎng)與定子旋轉磁場(chǎng)相互作用，迫使轉子（葉輪）旋轉，同時(shí)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、泵一體化，無(wú)軸傳動(dòng)，無(wú)振動(dòng)；（2）永不泄漏，采用一體化全密封結構，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(shí)間， 屬于環(huán)保型新產(chǎn)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(shí)物圖。

　　目前電磁熱泵產(chǎn)品的種類(lèi)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(zhì)。

3、電磁熱泵技術(shù)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(lèi)：第一類(lèi)是被輸送的介質(zhì)需要加熱的泵組， 稱(chēng)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(lèi)是被輸送的介質(zhì)不需要加熱的泵組，稱(chēng)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(lèi)泵組如果采用電磁熱泵替代，能夠解決機械傳動(dòng)、泵軸泄露、降低噪音等問(wèn)題，節能效果并不明顯。而對于第一類(lèi)介質(zhì)加熱泵組，如果采用電磁熱泵替代， 既能解決了機械傳動(dòng)、泵軸泄露、降低噪音等問(wèn)題，提高泵組的使用壽命，也能充分發(fā)揮電磁熱泵的節能特點(diǎn)，但是，目前現有的電磁熱泵產(chǎn)品還不能替代所有第一類(lèi)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用的關(guān)鍵。為了適應這類(lèi)需求，可以通過(guò)以下技術(shù)手段對現有電磁熱泵進(jìn)行技術(shù)改造：

　�。�1） 增大功率和流量。增大定子線(xiàn)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(xiàn)圈繞組采用耐高溫絕緣導線(xiàn)，并對線(xiàn)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(zhì)能力。轉子（葉輪）由單層結構改成雙層結構。

　　通過(guò)以上四項技術(shù)改進(jìn)， 電磁熱泵不僅可以滿(mǎn)足真空制鹽的需要， 也可以滿(mǎn)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(shí)時(shí)變流量幅度大或者啟動(dòng)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(dòng)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(huì )增加電耗，也增加設備投入成本。

4、經(jīng)濟性分析

　　在年產(chǎn)60萬(wàn)噸真空制鹽系統中泵組的總功率大于3700kW， 其中介質(zhì)需要加熱類(lèi)的泵組功率1400kW 以上，如果使用電磁熱泵替代，不僅能夠延長(cháng)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(shí)，年節電302.4萬(wàn)kWh（度），這些電能可產(chǎn)生361200千卡/小時(shí)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(guān)的經(jīng)濟效益。

5、結論

　　由上所述可見(jiàn)，在真空制鹽中發(fā)展電磁熱泵技術(shù)，是節約電能的又一有效途徑，它避開(kāi)了傳統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到近100%，而且徹底解決了機械傳動(dòng)、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用前景。