矿山生产供水系统变频技术改造

郑 洋

(安徽马钢矿业资源集团有限公司 安徽马鞍山 243001)

安徽马钢张庄矿选矿厂设计的年处理能力为550万，全流程包括破碎、筛分、高压辊、磨选系统。选矿厂通过新环水泵房为选矿系统提供用水，共需供水为3449.19 m3/h，根据选矿工艺对水质要求：湿式筛分，磨矿，一段磁选，除尘及卫生用水及等利用环水。二三段磁选供给新水，用水量366.16 m3/h，以满足精粉精选除杂要求。

选厂新水采用两台(一用一备)YX3-315L2-4水泵供应。利用软启动器(图1)具有无冲击而平滑启动电机的特点，实现清水泵稳定启动，但是设备运行稳定后，将始终处于满负荷工频运行状态，无法做到根据生产需要调节供水量，易造成设备过度损耗和电耗，为解决这一问题，通过对现场用水统计、计算以及设备考察，对水泵进行变频技术改造。

1 供水系统工况

为保障选厂新水供应，建有新水蓄水池一座，容积为15770 m3。主要通过备用尾矿池水泵房和二级泵站将备用尾矿池清水输送至新水池，同时，为提高水资源利用率，将办公及生活区污水处理后收集至新水蓄水池。新水泵房内设置生产新水泵，加压后供给418.25 m3/h生产新水，其主要供给三段磁选生产新水，及短时间生产事故用水量；设置消防泵供给35 L/s消防水量，供选矿厂消防使用；设置采矿给水泵供给320 m3/h新水，供给采矿及充填站生产使用。生产新水给水管网为环状布置，设计采用D377×8管径的焊接钢管，供生产、消防给水。采矿及充填站给水管单独设置，管网为枝状，设计采用D312×6管径的焊接钢管。

图1 西安天德电子产软启动器

选矿厂新、环水车间担任着选厂生产供水的重任，选厂新水采用两台(一用一备)YX3-315L2-4水泵供应。工频运行状态时，电流可达228.9A，水流量799.67 m3/h(图2)。

2 变频调速技术

2.1 变频技术的诞生

变频调速技术通过改变交流电动机的供电频率的方式来实现控制电机调速。直流电动机和交流电动机是两种使用频率较高的电动机。随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能的不断提高，变频技术得到了广泛的推广和应用。随着变频技术在实际应用中越来越广泛，变频器可以节约能源、降低生产成本以及提高效率的优势日益凸显。使用方可以根据自己的实际生产工艺要求和运用场景，选择不同类型的变频器来满足使用需要。

图2 水泵工作时电流

2.2 采用变频的必要性

在满足生产所需的供水的前提下，为了资源的合理利用和能源的节约，经过考察对比了国内多家变频器厂家，以及公司使用的情况，采用深圳INVT变频器进行变频调速技术改造。该品牌产品可以用在高强度、高过载能力、持续性作业的场所，在矿山、电力、冶金等多个领域进行了广泛的使用。通过对INVT变频器的使用实现清水泵流量合理控制和节能降耗等目标。

3 水泵变频节能试验

3.1 变频器的选型

根据对清水泵电机参数的了解得知其型号为YX3-315L2-4，额定功率为200 kW，经过研究并且根据电机的特性，选型采用英威腾牌GD800-11-0315-4-B型变频器。

3.2 变频调速器的安装、调试(图3)

变频器采购到货后，对现场进行安装位置的确认，清水泵位于水系统车间，低压室空间有限，确定好摆放位置后进行变频器底座安装以及变频器电缆的敷设，安装完成后进行通电调试，调试过程中根据现场生产需要，对变频器参数进行调整，调试完成后进行运行观察。

图3 现场安装变频器

4 效益分析

改造前，水泵流量790 m3/h,运行频率为50 Hz，额定运行电流为230 A。进行变频器改造后，现场运行频率降至45 Hz，电流降为170 A，通过变频调速技术实现对清水泵变频控制，根据生产需要调节供水量，有效降低能耗(图4)。

图4 变频器工作时设备电流

表1 改造前后指标对比表

将清水泵电机由原来的软启改为变频器后，定子电流下降了26%，满足生产的同时，水泵的转速下降，减少了对电机的损耗，降低了设备的维护费用。同时变频器启动和调速较为稳定，大大减少了对电网的冲击。

在已知清水泵电机功率为200 kW，每天运行24 h，正常开机频率45 Hz，全年330天开机量，每kW·h 0.7元计算，全年可节约电费为：

根据公式(1)计算变频器泵类节电量：

W1=p·h·[1﹣(f/50)3]

(1)

W1为电量；p为电机功率；f为改变频后运行变频；h为运行时间。

根据公式(2)计算阀门开度时耗电量：

W2=p·(1-n)·h

(2)

W2为电量;p为电机功率;n为阀门开度百分比;h为运行时间。

注：阀门全开n为1

变频节电量W=W1-W2

可知W1=200×24×[1-(45/50)3]=1300.8 kW·h

W2=200×0×24=0 kW·h

W= 1300.8 kW·h

全年每台可节约电费为：1300.8 kW·h×330×0.7=30.04万元

根据实际改造两台变频器计算全年可节约电费为；30.04×2=60.08万元

5 结论

自使用变频调速技术以来，电机定子电流下降25%以上，水泵转速也在满足生产需要的同时有所下降，水泵的运行状况明显有所改善。

使用变频器具有多种保护功能，例如过流、过压、短路、缺相等，在日常使用过程中可以根据实际生产需要控制输出频率，满足生产的同时也降低了对电机的消耗，从而延长了设备的使用寿命。

每年节约的用电可达8.6×105kW·h，节能降耗的效果相当明显。