礦山生產(chǎn)供水系統(tǒng)變頻技術(shù)改造

鄭 洋

(安徽馬鋼礦業(yè)資源集團有限公司 安徽馬鞍山 243001)

安徽馬鋼張莊礦選礦廠設(shè)計的年處理能力為550萬，全流程包括破碎、篩分、高壓輥、磨選系統(tǒng)。選礦廠通過新環(huán)水泵房為選礦系統(tǒng)提供用水，共需供水為3449.19 m3/h，根據(jù)選礦工藝對水質(zhì)要求：濕式篩分，磨礦，一段磁選，除塵及衛(wèi)生用水及等利用環(huán)水。二三段磁選供給新水，用水量366.16 m3/h，以滿足精粉精選除雜要求。

選廠新水采用兩臺(一用一備)YX3-315L2-4水泵供應(yīng)。利用軟啟動器(圖1)具有無沖擊而平滑啟動電機的特點，實現(xiàn)清水泵穩(wěn)定啟動，但是設(shè)備運行穩(wěn)定后，將始終處于滿負荷工頻運行狀態(tài)，無法做到根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)供水量，易造成設(shè)備過度損耗和電耗，為解決這一問題，通過對現(xiàn)場用水統(tǒng)計、計算以及設(shè)備考察，對水泵進行變頻技術(shù)改造。

1 供水系統(tǒng)工況

為保障選廠新水供應(yīng)，建有新水蓄水池一座，容積為15770 m3。主要通過備用尾礦池水泵房和二級泵站將備用尾礦池清水輸送至新水池，同時，為提高水資源利用率，將辦公及生活區(qū)污水處理后收集至新水蓄水池。新水泵房內(nèi)設(shè)置生產(chǎn)新水泵，加壓后供給418.25 m3/h生產(chǎn)新水，其主要供給三段磁選生產(chǎn)新水，及短時間生產(chǎn)事故用水量；設(shè)置消防泵供給35 L/s消防水量，供選礦廠消防使用；設(shè)置采礦給水泵供給320 m3/h新水，供給采礦及充填站生產(chǎn)使用。生產(chǎn)新水給水管網(wǎng)為環(huán)狀布置，設(shè)計采用D377×8管徑的焊接鋼管，供生產(chǎn)、消防給水。采礦及充填站給水管單獨設(shè)置，管網(wǎng)為枝狀，設(shè)計采用D312×6管徑的焊接鋼管。

圖1 西安天德電子產(chǎn)軟啟動器

選礦廠新、環(huán)水車間擔(dān)任著選廠生產(chǎn)供水的重任，選廠新水采用兩臺(一用一備)YX3-315L2-4水泵供應(yīng)。工頻運行狀態(tài)時，電流可達228.9A，水流量799.67 m3/h(圖2)。

2 變頻調(diào)速技術(shù)

2.1 變頻技術(shù)的誕生

變頻調(diào)速技術(shù)通過改變交流電動機的供電頻率的方式來實現(xiàn)控制電機調(diào)速。直流電動機和交流電動機是兩種使用頻率較高的電動機。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，電力半導(dǎo)體器件和微處理器的性能的不斷提高，變頻技術(shù)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。隨著變頻技術(shù)在實際應(yīng)用中越來越廣泛，變頻器可以節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本以及提高效率的優(yōu)勢日益凸顯。使用方可以根據(jù)自己的實際生產(chǎn)工藝要求和運用場景，選擇不同類型的變頻器來滿足使用需要。

圖2 水泵工作時電流

2.2 采用變頻的必要性

在滿足生產(chǎn)所需的供水的前提下，為了資源的合理利用和能源的節(jié)約，經(jīng)過考察對比了國內(nèi)多家變頻器廠家，以及公司使用的情況，采用深圳INVT變頻器進行變頻調(diào)速技術(shù)改造。該品牌產(chǎn)品可以用在高強度、高過載能力、持續(xù)性作業(yè)的場所，在礦山、電力、冶金等多個領(lǐng)域進行了廣泛的使用。通過對INVT變頻器的使用實現(xiàn)清水泵流量合理控制和節(jié)能降耗等目標(biāo)。

3 水泵變頻節(jié)能試驗

3.1 變頻器的選型

根據(jù)對清水泵電機參數(shù)的了解得知其型號為YX3-315L2-4，額定功率為200 kW，經(jīng)過研究并且根據(jù)電機的特性，選型采用英威騰牌GD800-11-0315-4-B型變頻器。

3.2 變頻調(diào)速器的安裝、調(diào)試(圖3)

變頻器采購到貨后，對現(xiàn)場進行安裝位置的確認，清水泵位于水系統(tǒng)車間，低壓室空間有限，確定好擺放位置后進行變頻器底座安裝以及變頻器電纜的敷設(shè)，安裝完成后進行通電調(diào)試，調(diào)試過程中根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)需要，對變頻器參數(shù)進行調(diào)整，調(diào)試完成后進行運行觀察。

圖3 現(xiàn)場安裝變頻器

4 效益分析

改造前，水泵流量790 m3/h,運行頻率為50 Hz，額定運行電流為230 A。進行變頻器改造后，現(xiàn)場運行頻率降至45 Hz，電流降為170 A，通過變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)對清水泵變頻控制，根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)供水量，有效降低能耗(圖4)。

圖4 變頻器工作時設(shè)備電流

表1 改造前后指標(biāo)對比表

將清水泵電機由原來的軟啟改為變頻器后，定子電流下降了26%，滿足生產(chǎn)的同時，水泵的轉(zhuǎn)速下降，減少了對電機的損耗，降低了設(shè)備的維護費用。同時變頻器啟動和調(diào)速較為穩(wěn)定，大大減少了對電網(wǎng)的沖擊。

在已知清水泵電機功率為200 kW，每天運行24 h，正常開機頻率45 Hz，全年330天開機量，每kW·h 0.7元計算，全年可節(jié)約電費為：

根據(jù)公式(1)計算變頻器泵類節(jié)電量：

W1=p·h·[1﹣(f/50)3]

(1)

W1為電量；p為電機功率；f為改變頻后運行變頻；h為運行時間。

根據(jù)公式(2)計算閥門開度時耗電量：

W2=p·(1-n)·h

(2)

W2為電量;p為電機功率;n為閥門開度百分比;h為運行時間。

注：閥門全開n為1

變頻節(jié)電量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

全年每臺可節(jié)約電費為：1300.8 kW·h×330×0.7=30.04萬元

根據(jù)實際改造兩臺變頻器計算全年可節(jié)約電費為；30.04×2=60.08萬元

5 結(jié)論

自使用變頻調(diào)速技術(shù)以來，電機定子電流下降25%以上，水泵轉(zhuǎn)速也在滿足生產(chǎn)需要的同時有所下降，水泵的運行狀況明顯有所改善。

使用變頻器具有多種保護功能，例如過流、過壓、短路、缺相等，在日常使用過程中可以根據(jù)實際生產(chǎn)需要控制輸出頻率，滿足生產(chǎn)的同時也降低了對電機的消耗，從而延長了設(shè)備的使用壽命。

每年節(jié)約的用電可達8.6×105kW·h，節(jié)能降耗的效果相當(dāng)明顯。