淺談變頻器在洗選廠渣漿泵上的應(yīng)用

陳江，但佳洪，蔡兵

（渝新能源有限公司金雞巖洗選廠，重慶 401445）

1 概況

我廠是一座設(shè)計能力為3.0Mt/a 的動力煤洗選廠，選煤工藝為動篩排矸、分級入洗工藝：大于50mm 原煤采用動篩排矸工藝，50 ～3mm 原煤采用雙給介無壓三產(chǎn)品重介旋流器分選工藝，3 ～0mm 原煤直接作為產(chǎn)品，尾煤濃縮壓濾，全廠洗水實現(xiàn)閉路循環(huán)。通過331、332 兩臺渣漿泵將重介液輸送至旋流器內(nèi)完成輸送任務(wù)；兩臺渣漿泵使用功率分別500kW、315kW 的三相異步電機，采用高壓變頻器與PLC 控制器組成閉環(huán)或開環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)運行的可靠性，保證了安全生產(chǎn)，達(dá)到了節(jié)能提效的作用。

2 變頻器運用在渣漿泵中工作原理及特點

2.1 工作原理

變頻器的作用是將渣漿泵的工況頻率電源變換成為各種頻率的交流電源，通過輸出具有不同頻率的電壓和電流來改變交流電機的轉(zhuǎn)述，從而達(dá)到改變渣漿泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)流量和揚程的目的。使用閘門調(diào)控時，因電機的轉(zhuǎn)速是定值，當(dāng)流量需要變小或變大時，必須將閘門相應(yīng)的關(guān)小或開大，這就使得閘門的摩擦阻力時刻變化，同時，揚程也在發(fā)生變化。這就使得有部分功率因為摩擦阻力的關(guān)系被損耗掉，且隨著閘門的關(guān)小，功率損隨之增加。水泵類設(shè)備屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在滿足流體力學(xué)的三個相似定律（幾何、運動、動力相似）的條件下，其轉(zhuǎn)速與流量、揚程、功率的關(guān)系有：

由上面的公式得出，流量Q 與轉(zhuǎn)速N 的一次方成正比，揚程H 與轉(zhuǎn)速N 的平方成正，功率P 與轉(zhuǎn)速N 的立方成正比。

我們根據(jù)《電工學(xué)》交流電機轉(zhuǎn)速特性：n=60f(1-s)/p，其中n 為電機轉(zhuǎn)速，f 為交流電頻率，s 為轉(zhuǎn)差率，p 為極對數(shù)。但電機選定之后s 、p 則為定值，電機轉(zhuǎn)速n 和交流電頻率f 成正比。

綜上所知，渣漿泵需要改變流量、壓力時，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到，并且可以降低閘門開關(guān)過程中電機的功率損耗，可以大大地節(jié)約電能；而改變電動機的轉(zhuǎn)速，就只需改變供電電源的頻率，使用變頻器來改變電機的交流電頻率，就可以實現(xiàn)對電機變頻無極調(diào)速。

2.2 變頻器調(diào)速的特點

（1）機械特性好，啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小，實現(xiàn)軟啟動，運行平穩(wěn)，可以減少大功率電動機在啟動時對交流電網(wǎng)的沖擊。

（2）調(diào)速范圍寬，可實現(xiàn)平滑無極調(diào)速，精度高，能廣泛適用各種生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

（3）節(jié)能效果顯著，且變頻器的安裝容易，調(diào)試方便，與不同智能控制器連接，可以提高整個工藝系統(tǒng)的自動化水平。

3 變頻器的應(yīng)用

在選煤廠生產(chǎn)實踐中，各類泵運用非常廣泛，作為選煤廠的重要輔助設(shè)備，渣漿泵尤為重要，渣漿泵用于煤泥水、循環(huán)脫介洗水、磁尾礦水、重介懸浮液等流體的輸送作用，且作為旋流器組煤泥濃縮分選、重介分選、煤泥壓濾機的給料泵使用時，還能直接影響工藝指標(biāo)。渣漿泵運行情況的好壞直接影響生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行。

渣漿泵在運行期間對流量調(diào)節(jié)的兩種方式，一是節(jié)流調(diào)節(jié)，二是變速調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)節(jié)是通過改變泵出口閘門的開啟度來改變泵本身的特性曲線，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。而變速調(diào)節(jié)則是利用泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比的關(guān)系來改變泵本身的特性曲線達(dá)到調(diào)節(jié)的流量的目的。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著減少，這些能量主要被消耗在出口閘門上，加劇了閘門和管道的磨損的同時，造成事故的因素變大，也使得維修量增大，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增大。采用變速調(diào)節(jié)控制泵的流量是最科學(xué)和實效的，特別是當(dāng)電機功率較大，其節(jié)能效果更加顯著。

我廠目前只有兩臺500kW、315kW 高壓電動機的渣漿泵（331、332）使用高壓變頻器達(dá)到變頻調(diào)速，高壓變頻器為利德華福研發(fā)制造的HARSVERT 系列高壓變頻調(diào)速器。該系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)操作界面是采用高性能人機界面，具有豐富的功能，如操作控制、功能設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、運行記錄顯示、故障查詢等功能；由于在控制柜門上安裝有相應(yīng)系統(tǒng)控制按鈕，可以實現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)緊急停機、遠(yuǎn)程/本機控制、系統(tǒng)復(fù)位及報警解除等系統(tǒng)控制，用戶操作安全、方便。

以331 渣漿泵（重介液輸送泵）為例，該泵使用的高壓變頻器采用正常啟動方式、開環(huán)運行。變頻器始動頻率設(shè)定范圍為0.1 ～50Hz，系統(tǒng)缺省設(shè)置為0.5Hz；最低頻率設(shè)定范圍為0.5 ～50Hz，系統(tǒng)缺省設(shè)置為50Hz；最高頻率設(shè)定范圍為0.5 ～50Hz，系統(tǒng)缺省設(shè)置為50Hz；分辨率均為0.01Hz。基準(zhǔn)電壓設(shè)定范圍為100 ～90000V，系統(tǒng)缺省設(shè)置為6000V；輸出額定電流設(shè)置范圍0 ～1000A，系統(tǒng)缺省設(shè)置為60A。

系統(tǒng)運行時由集控室電腦發(fā)出模擬信號（0 ～10V 或4～20mA 模擬設(shè)定信號）經(jīng)模數(shù)處理后得到給定頻率，通過頻率來控制331 渣漿泵輸送到旋流器的流量和壓力；在該模式下啟動、運行能使高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)自動采用上次停機前的運行方式，確保了洗煤系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖1 為HARSVERT系列高壓變頻調(diào)速器。

圖1 HARSVERT 系列高壓變頻調(diào)速器

4 變頻器變頻調(diào)速技術(shù)運用效果

（1）我廠渣漿泵使用高壓變頻器在生產(chǎn)運用中，根據(jù)變頻器控制柜面板記錄可以查出，331 渣漿泵運行頻率為31.94Hz，就能滿足我廠旋流器重介液入料壓力（1.8 ～1.9MPa）。平均電機為轉(zhuǎn)速470.157rpm，輸入電流7.28 ～7.33A，平均值為7.3A，輸出電流19.3 ～19.5A，平均值為19.4A；輸入電壓6.21 ～6.28zV，平均值為6.24zV，輸出電壓3.64 ～3.67zV，平均值為3.65zV。由公式P=UI 可知，輸入功率為45.552zW，輸出功率為70.81zW。331 泵高壓電動機通過使用高壓變頻器控制后，通過實現(xiàn)改變電動機轉(zhuǎn)速后，節(jié)能率達(dá)到了35%，節(jié)能效果明顯。

（2）從我廠重介液輸出管路方面來看，使用變頻調(diào)速技術(shù)后，入料閘門為全開啟狀態(tài)，其一，減少了閘門節(jié)流損失，降低了閘門摩擦損耗的能量，消除了閘門因節(jié)流而產(chǎn)生的噪聲，改善了工作環(huán)境。其二，減少了重介液對管道和閘門的有壓磨損，降低了發(fā)生事故的概率，延長了管道、閘門的使用壽命，減少了維護(hù)成本。

（3）從泵體和電動機方面來看，由于電動機的運行頻率降低，轉(zhuǎn)速下降，減少了機械部分的磨損和振動，延長了水泵和電機的大修周期，節(jié)省了大量的檢修費用；同時，也降低了電機直接啟動對電網(wǎng)、設(shè)備的沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。由于變頻系統(tǒng)采用的是開環(huán)控制，給定運行頻率，控制精度高，給予洗煤系統(tǒng)提供了一個穩(wěn)定的壓力值、液位值等，確保了生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。

5 結(jié)語

變頻器調(diào)速技術(shù)用于渣漿泵控制系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果好、運行穩(wěn)定、延長設(shè)備使用壽命、減少維護(hù)成本等優(yōu)點，在我廠，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，與PLC 組成的調(diào)速控制系統(tǒng)，使工藝設(shè)備運行方式更趨合理，促使自動化水平的提高，從而實現(xiàn)了高效、安全生產(chǎn)的目的。