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离心式渣浆泵的变频器的应用

 

目前在各大矿区的选矿厂,使用的渣浆泵大多都是离心式渣浆泵,其结构和离心式水泵基本相同,但在管路上和普通水管网有很大的区别。因为管网内流动的液体有矿石经过球磨机研磨过后的废弃矿渣,对泵体和管壁的磨损大,这就要求泵体和管网有较高的抗磨损能力,所以渣浆泵的泵体内壁和管网壁必要经过特殊工艺加工处理。一般尾矿库的地势略高于渣浆泵的安装位置,因此,管网输出端有止回阀,避免在泵停止的时候矿浆回流。设计上,渣浆泵的流量要大于排到渣浆池中废液量,如果渣浆泵一直运转,可能导致渣浆池内的渣浆不够抽使泵空转;但又不可使渣浆泵间隙运转,这又会使矿渣沉淀。因此,在泵的输出端有一个调节出渣量大小的阀门,根据生产的需要调节出渣浆泵流量的大小。阀门的开关度大小是需要操作人员根据生产过程中产生的渣浆多少进行调节的,同样,阀门开大时,可能导致渣浆池内的渣浆不够抽使泵空转;阀门开得过小时,会使渣浆池装满溢出。不论渣浆泵的流量如何,电动机都以全速运转,用阀门进行节流调节虽然简单,但增加了管路的阻尼,浪费了电能。

二、变频调速方案

为节能,采用变频器堆渣浆泵进行调速控制,只需将阀门开到***大,管网的阻尼***小。用渣浆池的液位信号进行自动控制,调节变频器的频率。目前,液位控制经常使用的传感器有两种,一种是用压力传感器经变送器将渣浆池液体深度信号转换成4~20ma模拟液位信号;另一种是用液位继电器,液位继电器有高、中、低三个接点,对应渣浆池中的高、中、低三点液位。前者的价格较高,可准确控制液面在某一高度;后者价格便宜,只能控制渣浆池中的液面在高、中、低之间变化。为节省成本,选液位继电器作为液位传感器,完全能满足生产工艺要求。

利用液位继电器检测选矿厂渣浆池内的液位。液位继电器的高、中、低三个节点接到变频器x1、x2、x3输入接点上,其控制过程如下:当液位在“低位”以下时,变频器以25hz频率运转;若渣浆泵的流量小于废液的输入量,渣浆池液位逐渐上升,液位升到“低位”时,变频器以38hz频率运转;若渣浆泵的流量仍小于废液的输入量,渣浆池液位继续上升,液位升到“中位”时,变频器以50hz频率运转,一般渣浆池的液位不会超过“高位”。这时,若渣浆泵的流量大于废液的输入量,则渣浆池液位逐渐下降,液位降到“中位”时,变频器以38hz频率运转;若渣浆泵的流量仍大于废液的输入量,渣浆池液位继续下降,液位降到“低位”时,变频器以25hz频率运转。由上过程可见,液位上升和下降的过程中越过高、中、低三个液位时切换的频率不同,避免了在切换点上由于液面的波动发生短时反复切换,也就是震荡。

选用变频器时要考虑到渣浆泵的负载特性,即渣浆废液含有较多的比重大于水的杂质,变频器不能使用风机、水泵型专用变频器,应选用具有恒转矩机械特性的通用变频器,于是,变频调速器选森兰sb70通用变频器。

控制方框图如图1所示:

图1:控制流程方框图

三、系统的节能计算

在改造实施以前,用户希望能了解使用了变频调器后的节能效果。根据gb12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式,即:风机、泵类,采用挡板调节流量对应电机输入功率pl与流量q的关系为

式中:pe-额定流量时电机输入功率kw

qn-额定流量

若流量的调节范围(0.5~1)qn,则调节电率为:

2)式表明采用变频调速后,电机消耗的功率与实际流量和额定流量比值的三次方成正比,再与采用挡板调节流量对应电机输入功率pl相减后再除以pl,得电机在节流调节消耗的功率基础上计算的节能率。用相似性原理p∝n3计算节能时,也应先计算原系统节流调节时消耗的电能,再与系统变频调速后消耗的电能相减,这正好是(2)式分子的表示式。因此,要准确地计算节能,需要使用(1)式计算系统节流调节时消耗的电能。

在人工调节阀门时,根据废水输入量不同,阀门的开度有大有小,渣浆泵的流量也不相同。将各个时段的流量加起来求出平均值大约为0.74,由(1)式

由(2)式

在考虑到变频器的效率为95%,则渣浆泵用变频调速后节能率在41%上下。改造完成用有功电度表进行计量,节能率在40%,与计算相差不大。计算表明,改造后变频系统对比原来工频系统工作节能达40%,在1年运行周期内就可收回投资。

四、改造后的其它效果

1)由于变频可实现电机软起动,消除或减少了电机起动时对电网和机械的冲击,使设备寿命延长。

2)用变频调速后,渣浆泵的转速大部分时间内变慢了,减少了废液介质对泵、阀门、管道的磨损。在没改变频器之前每3-5个月就要更换一次管网出口阀门,改用变频控制后1年才换一次,维修费用大大降低。

3)之前专门有人负责看管、操作这台设备,改为变频控制后,实现了自动运行、无人值守,节省了人工成本。

五、结束语

以森兰sb70变频器、液位继电器和辅助电路组成矿用离心式渣浆泵控制系统,可以实现系统的自动运行和无人职守,具有操作简单、维护方便、系统对电网和机械系统的冲击小、运行安全可靠等优点,且节能效果明显,可以在各大矿山选矿厂的渣浆泵设备上应用,为渣浆泵的节能降耗提供了又一范例。

项目概况:云南新立有色金属公司8万吨/年高钛渣项目是中国云南冶金集团“十一五”期间要点工程,在中国首次引进具有当今世界xj****水平的大功率直流密闭电炉冶炼高钛渣工艺,同时采用了国际xj****的原料预热及尾气综合回收新技术,对节约能源、保护环境起到积极的作用。该项目预计投资6亿,投产达标后,产能为8万吨氯化渣、2万吨酸熔渣及近7万吨生铁,年销售收入将达到4.7亿元,利税达1.2亿元,对促进云南省资源优势向经济优势的转化,带动地方经济发展,提升冶金集团竞争力将起到积极的作用。

客户问题:直流电炉在运行过程中产生大量谐波电流、无功冲击导致的电压波动及闪变。严重影响用户本身及电网用电设备的安全运行,降低了供电电网的电能质量。

投运时间:2007年12月

投运效果:有效地限制了注入电网的谐波电流,抑制了电压波动、电压闪变,减少了吨钢耗电,提高了功率因数,大大提高了电炉的炼钢效率,缩短了炼钢时间,同时减少了炼钢成本,对节约能源、保护环境起到积极的作用。

有色金属行业对变频器的要求较高,森兰sb70变频器在该行业的大面积的成功使用,在国产变频器中尚属首次,这标志国产变频器的技术水平有了极大的提高。在实际应用中,森兰sb70变频器与国外变频器相比毫不逊色,在氧化铝行业成功地替代了国外品牌变频器,而且价格要便宜。

一、氧化铝生产流程

从铝矾土矿石生产出合格的氧化铝需要经过原料、溶出、沉降、分解、焙烧等几大个生产流程,按工艺流程的次序组织为原料、溶出、沉降、分解、焙烧等几大车间,为充分利用母液,再设置一个蒸发工序车间。原料车间用以制备粒度、成份比例等指标都符合要求的原矿浆;溶出车间通过多级预热套管及压煮器为原矿浆提供高温、高压环境,并保证足够的溶出时间,以使原矿浆中的氧化铝成份溶出至铝酸钠溶液中。沉降车间通过沉降和多次反向洗涤,将料浆中的粗液及附着碱与各种杂质构成的赤泥进行分离,分离出的粗液经叶滤机过滤后制得精液,再送至分解车间与晶种混合,逐级进入各分解槽进行降温、搅拌,以充分析出氢氧化铝,析出的氢氧化铝浆液经分级后,细料进种子过滤制备晶种,粗料送焙烧车间经过滤后进行高温焙烧,***终制得成品氧化铝。蒸发车间用于对循环母液进行浓缩处理,以除去在流程中进入母液中的多余水分,达到工艺要求的母液浓度。

二、氧化铝生产对变频器的要求

整个氧化铝生产过程对物料的运送由浆泵、进料泵、出料泵、母液泵、碱液泵、循环泵等各种各样的泵承担。生产过程中,物料及反应容器的温度、压力、配料流量等指标的控制非常严格;同时为保证分解槽搅拌等要求不间断运转设备的连续运行,以及隔膜泵、压煮器等高温、高压、高碱设备和焙烧系统易燃易爆设备的安全运行,要求对运送物料的各种泵能够在dcs的控制下变速运行。氧化铝生产工序比较复杂,生产环境差,温度高,粉尘多,对变频器的主要要求有:

1、浆泵、进料泵、出料泵等的工作介质是非常粘稠的矿浆,其负载特性接近恒转矩负载特性。由于某种原因使生产短时停顿,粘稠的矿浆会产生沉降,恢复生产再次起动时,这些泵的起动力矩非常大,因此要求变频器有足够大的起动力矩和较高的过载能力。

2、氧化铝生产线占地的面积很大,其电气控制设备和变频器均安装在配电房内,大部分的电机与变频器的距离在100-300米,要求变频器的输出接上100-300米电缆能够正常工作。

3、变频器的输出含有高次谐波,现场使用的变频器的数量多,须***考虑谐波对dcs控制系统和现场控制仪表干扰,要求变频的输出谐波含量较低,低于国家标准gb12668-2.2002、gb12668-3.2003所要求的谐波含量。

4、氧化铝生产具有连续性,生产过程中因某台设备故障引起全线停产,将带来极大的损失,因此,对变频器的可靠性要求极高。

三、sb70系列变频器在氧化铝生产线上的应用

由上可见,氧化铝生产对变频器提出了很高的要求,铝镁设计院在做设计时,都毫无例外地选用abb、施耐德、西门子、ab等国外变频器。近几年来,国产变频器技术有了长足的进步,转子磁链定向无速度传感器矢量控制已研发成功,其技术性能接近国外变频器xj****水平,再加上工艺技术和管理水平的提高,生产出满足氧化铝生产线要求的高性能、高可靠的矢量控制变频器也不是难事,且与国外变频器比较价格较低,在与国外变频器竞争中有一定优势。

河南三门峡铝业有限公司,年生产氧化铝120万吨,根据生产工艺的要求,选用森兰sb70无速度传感器矢量控制变频器,对其生产过程的每一道工序提供变频调速(功率从22kw到450kw),共安装使用78台,具体使用工位如下表:

变频器功率(kw) 设备名称
450 晶种泵
250 稀释泵、出料泵、过料泵、蒸发器进料泵、蒸发器出料泵、外排泵、单极双吸离心泵、精液泵
220 泥浆泵、过料泵
200 矿浆泵、过料泵、蒸发原液泵、粗液泵
160 液体碱储槽/合格碱液泵、合格碱液泵/母液泵、卧式循环水泵
132 热水站洗水泵、料浆调速泵
110 溢流泵、过料泵、沉没式变速泵、中间降温泵
90 常压脱硅配电室循环泵、沉降送水泵、种分母液泵
55 强滤液泵、弱滤液泵、母液泵
45 热水泵
37 盐底流泵
22 盐底流泵

sb70系列变频器为希望森兰科技股份有限公司自主开发的新一代低噪音、高性能、可靠性高、功能强大的工程型变频器,采用转子磁场定向的矢量控制方式,实现了对电机大转矩高精度的控制。其操作面板具有编程、操作、参数复制、热拔插功能,大大方便了操作人员对参数的修改(仅对一台变频器设置参数,其它均可进行参数复制,减少调试过程中的工作量),速定给定可通过端子切换,减少了外部繁锁的连接线。瞬时掉电时,通过母线电压控制,实现不间断运行;还可根据负载特性和环境温度,自动调整载波频率。

针对氧化铝生产对变频器的主要要求,高性能的sb70无速度传感器矢量控制变频器1hz时的转矩可达200%,无需闭环运行;考虑到过载因素,在实际应用时电动机的容量会加大一档,变频器的容量也适当增大;sb70变频器采用了多种谐波抑制技术,总谐波含量已低于国家标准。考虑到整个生产线使用变频器较多,还需要在变频器的输入侧加装输入电抗器和输入滤波器,保证在任何情况下都不会对计算控制系统和数字仪表造成干扰;变频器输出电缆的限制距离一般在50米内,输出电缆的长度增加,分布电容和分布电感也相应增加,对某次谐波可能会引起震荡或形成驻波,这将严重影响电动机的运行。设计变频控制系统时在变频器的输出侧加装输出电抗器或再加输出滤波器,平抑变频器输出的du/dt尖脉冲。

四、变频器接线图及功能设置

1、变频器端子功能如下表:

序号 端子号 功能 注释
1 p10 近地速度调节电源;
2 ai1 近地速度给定;
3 ai2 集中控制(dcs系统)速度给定;
4 gnd 模拟信号共公地端;
5 fwd 变频器启动/停止;
6 x1 模拟电流/电压切换;
7 com 数字信号地端;
8 ta1 继电器输出(变频运行) 至dcs系统
9 tb1
10 ta2 继电器输出(变频故障) 至dcs系统
11 tb2

2、变频器功能设置表:

功能码 功能说明 备注
f0-01=3 运行主通道速度给定方式 由dcs系统控制
f0-02=1 运行命令通道选择 外部端子控制
f1-00=30 加速时间
f1-01=30 减速时间
f4-00=42 多功能数字输入选择 给定频率通道切换
f5-02=1 t1继电器输出功能 变频器运行中
f5-02=1 t2继电器输出功能 变频器故障输出
f6-00=2 模拟电流输入 由dcs给定速度
f6-14=0 模拟电流输入 由dcs给定速度
f6-15=1 模拟电流输出 提供给dcs显示转速

每个工序的变频器控制原理基本相同,因此只画一张图作为代表。另外,工段和工序不同,功能设置也有一些差别,表中仅列出泥浆泵sb70g220变频器功能设置参数,仅供参考。

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