浅谈变频器在洗选厂渣浆泵上的应用

2020-05-13陈江但佳洪蔡兵

中国设备工程 2020年8期

陈江，但佳洪，蔡兵

（渝新能源有限公司金鸡岩洗选厂，重庆 401445）

1 概况

我厂是一座设计能力为3.0Mt/a 的动力煤洗选厂，选煤工艺为动筛排矸、分级入洗工艺：大于50mm 原煤采用动筛排矸工艺，50 ～3mm 原煤采用双给介无压三产品重介旋流器分选工艺，3 ～0mm 原煤直接作为产品，尾煤浓缩压滤，全厂洗水实现闭路循环。通过331、332 两台渣浆泵将重介液输送至旋流器内完成输送任务；两台渣浆泵使用功率分别500kW、315kW 的三相异步电机，采用高压变频器与PLC 控制器组成闭环或开环调速控制系统，提高了系统运行的可靠性，保证了安全生产，达到了节能提效的作用。

2 变频器运用在渣浆泵中工作原理及特点

2.1 工作原理

变频器的作用是将渣浆泵的工况频率电源变换成为各种频率的交流电源，通过输出具有不同频率的电压和电流来改变交流电机的转述，从而达到改变渣浆泵的转速，达到调节流量和扬程的目的。使用闸门调控时，因电机的转速是定值，当流量需要变小或变大时，必须将闸门相应的关小或开大，这就使得闸门的摩擦阻力时刻变化，同时，扬程也在发生变化。这就使得有部分功率因为摩擦阻力的关系被损耗掉，且随着闸门的关小，功率损随之增加。水泵类设备属于平方转矩负载，在满足流体力学的三个相似定律（几何、运动、动力相似）的条件下，其转速与流量、扬程、功率的关系有：

由上面的公式得出，流量Q 与转速N 的一次方成正比，扬程H 与转速N 的平方成正，功率P 与转速N 的立方成正比。

我们根据《电工学》交流电机转速特性：n=60f(1-s)/p，其中n 为电机转速，f 为交流电频率，s 为转差率，p 为极对数。但电机选定之后s 、p 则为定值，电机转速n 和交流电频率f 成正比。

综上所知，渣浆泵需要改变流量、压力时，通过调节电机的转速就可以达到，并且可以降低闸门开关过程中电机的功率损耗，可以大大地节约电能；而改变电动机的转速，就只需改变供电电源的频率，使用变频器来改变电机的交流电频率，就可以实现对电机变频无极调速。

2.2 变频器调速的特点

（1）机械特性好，启动转矩大，启动电流小，实现软启动，运行平稳，可以减少大功率电动机在启动时对交流电网的冲击。

（2）调速范围宽，可实现平滑无极调速，精度高，能广泛适用各种生产环节。

（3）节能效果显著，且变频器的安装容易，调试方便，与不同智能控制器连接，可以提高整个工艺系统的自动化水平。

3 变频器的应用

在选煤厂生产实践中，各类泵运用非常广泛，作为选煤厂的重要辅助设备，渣浆泵尤为重要，渣浆泵用于煤泥水、循环脱介洗水、磁尾矿水、重介悬浮液等流体的输送作用，且作为旋流器组煤泥浓缩分选、重介分选、煤泥压滤机的给料泵使用时，还能直接影响工艺指标。渣浆泵运行情况的好坏直接影响生产系统的正常运行。

渣浆泵在运行期间对流量调节的两种方式，一是节流调节，二是变速调节。节流调节是通过改变泵出口闸门的开启度来改变泵本身的特性曲线，从而达到调节流量的目的。而变速调节则是利用泵的流量与转速成正比的关系来改变泵本身的特性曲线达到调节的流量的目的。前者是以增加阻力牺牲能量为代价的流量调节，当流量减少时，电机的输出功率并未随着减少，这些能量主要被消耗在出口闸门上，加剧了闸门和管道的磨损的同时，造成事故的因素变大，也使得维修量增大，导致生产成本增大。采用变速调节控制泵的流量是最科学和实效的，特别是当电机功率较大，其节能效果更加显著。

我厂目前只有两台500kW、315kW 高压电动机的渣浆泵（331、332）使用高压变频器达到变频调速，高压变频器为利德华福研发制造的HARSVERT 系列高压变频调速器。该系列高压变频调速系统操作界面是采用高性能人机界面，具有丰富的功能，如操作控制、功能设定、参数设定、运行记录显示、故障查询等功能；由于在控制柜门上安装有相应系统控制按钮，可以实现变频调速系统紧急停机、远程/本机控制、系统复位及报警解除等系统控制，用户操作安全、方便。

以331 渣浆泵（重介液输送泵）为例，该泵使用的高压变频器采用正常启动方式、开环运行。变频器始动频率设定范围为0.1 ～50Hz，系统缺省设置为0.5Hz；最低频率设定范围为0.5 ～50Hz，系统缺省设置为50Hz；最高频率设定范围为0.5 ～50Hz，系统缺省设置为50Hz；分辨率均为0.01Hz。基准电压设定范围为100 ～90000V，系统缺省设置为6000V；输出额定电流设置范围0 ～1000A，系统缺省设置为60A。

系统运行时由集控室电脑发出模拟信号（0 ～10V 或4～20mA 模拟设定信号）经模数处理后得到给定频率，通过频率来控制331 渣浆泵输送到旋流器的流量和压力；在该模式下启动、运行能使高压变频调速系统自动采用上次停机前的运行方式，确保了洗煤系统的稳定性。图1 为HARSVERT系列高压变频调速器。

图1 HARSVERT 系列高压变频调速器

4 变频器变频调速技术运用效果

（1）我厂渣浆泵使用高压变频器在生产运用中，根据变频器控制柜面板记录可以查出，331 渣浆泵运行频率为31.94Hz，就能满足我厂旋流器重介液入料压力（1.8 ～1.9MPa）。平均电机为转速470.157rpm，输入电流7.28 ～7.33A，平均值为7.3A，输出电流19.3 ～19.5A，平均值为19.4A；输入电压6.21 ～6.28zV，平均值为6.24zV，输出电压3.64 ～3.67zV，平均值为3.65zV。由公式P=UI 可知，输入功率为45.552zW，输出功率为70.81zW。331 泵高压电动机通过使用高压变频器控制后，通过实现改变电动机转速后，节能率达到了35%，节能效果明显。

（2）从我厂重介液输出管路方面来看，使用变频调速技术后，入料闸门为全开启状态，其一，减少了闸门节流损失，降低了闸门摩擦损耗的能量，消除了闸门因节流而产生的噪声，改善了工作环境。其二，减少了重介液对管道和闸门的有压磨损，降低了发生事故的概率，延长了管道、闸门的使用寿命，减少了维护成本。

（3）从泵体和电动机方面来看，由于电动机的运行频率降低，转速下降，减少了机械部分的磨损和振动，延长了水泵和电机的大修周期，节省了大量的检修费用；同时，也降低了电机直接启动对电网、设备的冲击，延长了设备的使用寿命。由于变频系统采用的是开环控制，给定运行频率，控制精度高，给予洗煤系统提供了一个稳定的压力值、液位值等，确保了生产工艺的稳定，也提高了产品的质量和产量。