變頻調(diào)速技術(shù)在陽煤五礦小井選煤廠的應(yīng)用

盧宏龍

（陽煤集團選煤部，山西 陽泉 045200）

變頻調(diào)速技術(shù)在陽煤五礦小井選煤廠的應(yīng)用

盧宏龍

（陽煤集團選煤部，山西 陽泉 045200）

介紹了變頻器和變頻調(diào)速技術(shù)的原理特點，及其實際生產(chǎn)中的應(yīng)用實例。結(jié)果表明，變頻器調(diào)速技術(shù)在選煤廠鼓風(fēng)機、泵類、跳汰機、給料機等設(shè)備的應(yīng)用，可取得節(jié)能效果，并使工藝環(huán)節(jié)更趨合理。

交流拖動；變頻器；變頻調(diào)速；選煤廠；節(jié)能

陽泉煤業(yè)集團五礦小井選煤廠是最早建成投產(chǎn)的，原先只采用原煤篩分的粗加工方式，后經(jīng)技術(shù)改造、擴建洗煤樓，采用單一跳汰混合入洗工藝流程，設(shè)計年入洗量90萬t，再經(jīng)增容技術(shù)改造后，現(xiàn)已達到年入洗量150萬t，主要生產(chǎn)洗中塊、洗小塊、洗3號篩選末煤等產(chǎn)品。小井選煤廠應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對設(shè)備實施自動化改造，取得了一些經(jīng)驗和經(jīng)濟效益。

1 節(jié)能改造問題的提出

選煤廠的常用設(shè)備中，有很多設(shè)備的運行參數(shù)是應(yīng)變化的，例如水泵、風(fēng)機、跳汰機排料裝置、給煤機等，實際生產(chǎn)中常需調(diào)節(jié)其運行狀況。例如：選煤廠采用跳汰洗煤工藝時，需用鼓風(fēng)機供給低壓風(fēng)。對風(fēng)量的控制，通常有兩種調(diào)節(jié)方式，一是通過改變鼓風(fēng)機進風(fēng)閥門、出風(fēng)閥門的開啟度來調(diào)節(jié)風(fēng)量；二是通過改變鼓風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量。前者是以增加阻力犧牲能量為代價的流量調(diào)節(jié)，當(dāng)流量減少時，電機的輸出功率并未隨之減少，這些電能主要被消耗在進、出口閥門上，從而加劇了閥門和管路的磨損。造成故障多，維修量大，致使選煤成本居高不下，影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益。從節(jié)能的觀點來看，采用變速調(diào)節(jié)控制風(fēng)機的流量是科學(xué)而經(jīng)濟的，特別是當(dāng)電機功率較大時，節(jié)能效果更為顯著。

2 交流調(diào)速技術(shù)是節(jié)約能源的重要手段

選煤廠大量使用的風(fēng)機、水泵、給料機、壓縮機等設(shè)備，都是采用交流電機拖動。交流調(diào)速技術(shù)是節(jié)約能源的重要手段，這是因為交流拖動負(fù)荷在總用電量中占有很大比重，對這類負(fù)荷實現(xiàn)節(jié)能，可以獲得可觀的節(jié)電效益；交流拖動本身存在著很大節(jié)電潛力。許多交流拖動的裝置中，交流電機及其所拖動的機械往往留有富余容量，而且也不總是在最大負(fù)荷下運行，即有通常所說的“大馬拉小車”現(xiàn)象。根據(jù)選煤廠設(shè)備的實際運行狀況，使用變速調(diào)節(jié)的節(jié)能率在30%以上，設(shè)備壽命可增加40%以上。

交流電動機有同步電動機和異步電動機兩大類。同步電動機的調(diào)速靠改變供電電壓的頻率改變其同步轉(zhuǎn)速。異步電動機的變速調(diào)節(jié)方法很多，常見的有：降電壓調(diào)速；電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速；變頻調(diào)速。

隨著變頻器技術(shù)的日益成熟，變頻調(diào)速技術(shù)在選煤廠自動化改造中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。選煤廠眾多設(shè)備采用變頻調(diào)速控制，都可收到節(jié)能效果。

3 變頻調(diào)速技術(shù)的原理及特點

3.1 變頻器的基本原理及功能

變頻調(diào)速系統(tǒng)中的變頻器一般分為：交—交變頻器與交—直—交變頻器兩種。

交—直—交變頻器應(yīng)用較廣，它是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用來實現(xiàn)交、直流電的轉(zhuǎn)換。先是交流電通過整流橋變成直流電，然后直流電再通過可控晶閘管逆變成頻率可以控制的交流電。交—直—交變頻器主要有整流器、中間電路、逆變器、控制電路組成。

1）整流器與單相或三相交流電源相連接，產(chǎn)生脈動的支流電壓。整流電路將交流電變換成直流電（交—直變換）；2）直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波。根據(jù)濾波環(huán)節(jié)采用元件的不同，可分為電壓型和電流型兩種。電壓型交—直—交變頻器在直流側(cè)并聯(lián)大電容以緩沖無功功率；而電流型交—直—交變頻器是在直流回路中串以大電感以吸收無功功率。其作用是使脈動的支流電壓變得穩(wěn)定平滑，供逆變器使用。3）逆變器將穩(wěn)定的直流電壓逆變成既可調(diào)壓又可調(diào)頻的三相交流電源，實現(xiàn)調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的（直—交變換）。4）控制電路完成對主電路的控制。它將信號傳給整流器、中間電路、逆變器，同時接受來自這些部分的信號。

3.2 變頻調(diào)速技術(shù)的原理及特點

由于異步電動機的同步轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，所以可以通過不同頻率的電壓和電流來改變交流電機的轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)節(jié)設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)的目的，這就是所謂的變頻調(diào)速，它是異步電機較為理想的調(diào)速方法。

變頻調(diào)速具有如下特點：一是機械性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小?？蓪崿F(xiàn)軟啟動，而且運行平穩(wěn)，可以大大減少大功率電動機啟動時對交流電網(wǎng)的沖擊。二是調(diào)速范圍廣，可實現(xiàn)平滑無級調(diào)速，頻率變化范圍大，能廣泛適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的需要。三是節(jié)能效果顯著，理論上的節(jié)能可達30%以上。四是變頻器安裝容易、調(diào)試方便、操作簡單；可以減少調(diào)整工作量和減少操作人員，提高工作效率。

4 變頻調(diào)速技術(shù)在陽煤五礦小井選煤廠的應(yīng)用實例

變頻調(diào)速技術(shù)主要用于各種水泵、跳汰機、給煤機等交流電機拖動的設(shè)備，不但獲得了良好的節(jié)能效果，而且改善了生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了生產(chǎn)能力的更優(yōu)匹配。

4.1 節(jié)能效果明顯——在循環(huán)泵和鼓風(fēng)機上的應(yīng)用

陽煤五礦小井選煤廠使用循環(huán)泵兩臺，采用90 kW電機拖動，配套進水、出水閥門各一個，主要供跳汰機洗煤用水。在實際洗煤生產(chǎn)中，由于入洗原煤的煤質(zhì)變化、入洗量大小的變化等因素影響，供水量需要經(jīng)常調(diào)節(jié)。

改造前，調(diào)節(jié)水量主要是靠頻繁開、閉進出水閥門來實現(xiàn)，工人勞動強度大，維修量大，調(diào)節(jié)效果也不理想。改造后，采用變頻調(diào)速技術(shù)，通過改變電動機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)水量，不但節(jié)約大量電能，節(jié)能效果明顯，而且大大減少了閥門和管路的磨損，節(jié)支降耗顯著，洗煤成本相應(yīng)降低。

同理，采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機的風(fēng)量，也取得了明顯效果。該廠鼓風(fēng)機為110 kW電機拖動，功率較大，減少了大電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊。

4.2 改善工藝環(huán)節(jié)——在給料機中的應(yīng)用

小井選煤廠給跳汰機供煤的給料機為電振給煤機。供煤量大時，易造成跳汰機床層不穩(wěn)定，影響洗煤質(zhì)量，在煤質(zhì)較差時甚至出現(xiàn)“跑煤”現(xiàn)象，造成資源浪費；供煤量小時，不能滿足跳汰機能力要求，生產(chǎn)效率低下。因此，電振給煤機的給煤量如何保持合理、適中，是跳汰洗煤生產(chǎn)中的一個較難解決的工藝問題。采用變頻調(diào)速技術(shù)后，利用變頻器和相應(yīng)傳感器的配合使用，可圓滿地解決這一問題。通過傳感器的不斷變化的輸入值，同步修訂變頻器的設(shè)定值，改變變頻頻率輸出，從而改變電振電機轉(zhuǎn)速，即改變給料機箱體震動頻率，達到調(diào)整給料量的目的。

4.3 產(chǎn)品質(zhì)量提高在跳汰機排料系統(tǒng)中的應(yīng)用

選煤廠跳汰機是“心臟”設(shè)備，對產(chǎn)品質(zhì)量好壞起至關(guān)重要的作用。跳汰機分為矸石段、中煤段兩部分，各有配套的排料電機。跳汰機生產(chǎn)時，需要根據(jù)床層厚度及時調(diào)整排料速度。采用PLC和變頻器對跳汰機兩段排料實施微機控制，不僅功能齊全，操作方便，而且整個控制系統(tǒng)工作可靠。其控制方式為：床層厚度采用耐磨球形浮漂及傳感器來反映，其測量值送入PLC與設(shè)定值進行比較，以此信號作為變頻器調(diào)頻信號，來控制電機轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)自動調(diào)整排料速度的目的。這樣，排料系統(tǒng)工作可靠，床層厚度就更加穩(wěn)定，分選密度相應(yīng)保持穩(wěn)定，也就保證了洗選效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)束語

陽煤五礦小井選煤廠技術(shù)改造中，大量采用了變頻調(diào)速技術(shù)后，取得顯著效果，系統(tǒng)維護費用、電費等大大降低，噸煤成本較改造前下降了0.9元左右，年節(jié)約成本100多萬元。實踐證明，變頻調(diào)速技術(shù)在選煤生產(chǎn)中的應(yīng)用是十分成功的，尤其與PLC程序結(jié)合組成閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，使工藝設(shè)備運行方式更趨合理，自動化程度更趨提高。

[1]劉競成.交流調(diào)速系統(tǒng)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1992.

[2]周明安，朱光忠.步進電機驅(qū)動技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀[J].機電工程技術(shù)，2005，34（2）：16-17.

[3]周謨?nèi)?流體力學(xué)風(fēng)機水泵調(diào)速節(jié)能手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1993.

Abstract:The article introduces the principle of converter and frequency conversion speed adjustment technology and its practice.The result shows that the application in blowers,pumps,jigs and feeders of coal preparing plant can improve the energy saving and make the processing more reasonable.

Key words:AC driving;converter;frequency conversion speed adjustment;coal preparing plant;energy saving

編輯：徐樹文

Application of Frequency Conversion Speed Adjustment Technology in Xiaojin Coal Preparing Plant of No.5 Mine,Yangquan Coal Group

LU Hong-long

(Coal Preparing Department of Yangquan Coal Group,Yangquan Shanxi 045200,China)

TD614

A

1672-5050（2010）09-0064-03

2010-06-17

盧宏龍（1970—），男，山西平定人，本科，工程師，，從事機電管理工作。