高壓變頻器在洗煤廠介質(zhì)泵上的應(yīng)用
　　The Application of High Voltage Inverter on the Media Pump in Coal Washing Plant

　　新疆伊犁鋼鐵有限責(zé)任公司 汪  濤 吳利軍
　　山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司 侯榮芳 田利瑞
　　Wang Tao  Wu Lijun  Hou Rongfang  Tian Lirui

　　摘  要：本文介紹了風(fēng)光牌高壓變頻器在新疆伊犁鋼鐵有限責(zé)任公司洗煤廠介質(zhì)泵的應(yīng)用情況，對(duì)應(yīng)用案例進(jìn)行了介紹。結(jié)果表明，在洗煤廠介質(zhì)泵上采用高壓變頻器具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
　　關(guān)鍵詞：高壓變頻器  洗煤廠  介質(zhì)泵  應(yīng)用
　　Summary: This article describes the application of Fengguang high voltage inverter on medium pump in washing plant of Yili of Xinjiang iron and steel limited liability company. The application has been introduced. The result shows that the high-voltage inverter has a high economic and social benefits on medium pump in coal washing plant.
　　Key words: High voltage inverter  Coal washing plant  Medium pump  Application
　　1前言
　　重介旋流器選煤技術(shù)是目前分選難選煤、極難選煤效率最高的物理選煤方法，具有分選精度高、密度調(diào)節(jié)范圍寬、處理量大等特點(diǎn)，越來(lái)越多地被煤炭加工企業(yè)所采用。生產(chǎn)過(guò)程中，關(guān)鍵設(shè)備介質(zhì)泵能否實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，使旋流器始終處于合理的工作狀態(tài)而至關(guān)重要。
　　新疆伊犁鋼鐵有限責(zé)任公司位于美麗的鞏乃斯草原新源縣則克臺(tái)鎮(zhèn)，始建于1958年，注冊(cè)資金4億元，現(xiàn)有員工5500余人，2011年實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入19.27億元，利稅8.23億元。瑞祥洗煤廠為伊犁鋼鐵公司的下屬公司。洗煤廠介質(zhì)泵靠調(diào)節(jié)進(jìn)口閘門(mén)和分流來(lái)滿足入口壓力的要求。這種方法使得介質(zhì)泵運(yùn)行狀態(tài)變差。設(shè)備長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行振動(dòng)大，起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，喘振嚴(yán)重，設(shè)備功耗大。設(shè)備磨損大，維修量增加。眾所周知，介質(zhì)泵為旋流器的正常分選提供所需的工作介質(zhì)和壓力。介質(zhì)泵選型與運(yùn)行過(guò)程調(diào)控的科學(xué)性對(duì)提高分選系統(tǒng)的穩(wěn)定性與分選精度，降低系統(tǒng)管理、維護(hù)難度和運(yùn)行成本，延長(zhǎng)循環(huán)泵及系統(tǒng)的壽命等有很大的影響。采用先進(jìn)的調(diào)速技術(shù)可以對(duì)介質(zhì)泵進(jìn)行有效控制和在線調(diào)節(jié)旋流器的工作壓力。2012年洗煤廠技改項(xiàng)目中廠領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過(guò)調(diào)研，決定采用變頻技術(shù)對(duì)介質(zhì)泵進(jìn)行控制，通過(guò)招標(biāo)方式選用了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38系列高壓變頻器，改造取得了成功。
　　2旋流器、介質(zhì)泵工作原理及其調(diào)節(jié)
　　2.1旋流器、介質(zhì)泵
　　旋流器的工作原理是離心沉降。待分離礦漿在泵的壓力作用下，以旋流器的周邊切向進(jìn)入，而后在旋流器的內(nèi)部形成旋轉(zhuǎn)剪切湍流運(yùn)動(dòng)，從而獲得較大的離心力。
　　礦漿內(nèi)含的粗顆粒與細(xì)顆粒之間由于粒度和密度的差異，所受到的離心力、向心浮力和流體曳力的大小均不相同，粗顆粒和細(xì)顆粒的運(yùn)動(dòng)方向就會(huì)不同。粗顆粒較重、重力作用更大，并會(huì)從旋流器底部的流口排出，而細(xì)顆粒較輕、離心力作用更大，就會(huì)從旋流器的溢流管排出，從而達(dá)到分離分級(jí)的目的。
　　為確保粗礦和細(xì)礦顆粒的有效分離，精確控制旋流器入口壓力至關(guān)重要。旋流器工作所需的介質(zhì)懸浮液及工作動(dòng)力由介質(zhì)泵提供。采用壓力傳感器檢測(cè)旋流器入口壓力，變送成4~20mA送入DCS集控室，經(jīng)PID運(yùn)算后輸出控制信號(hào)給介質(zhì)泵電機(jī)，從而使得旋流器入口壓力穩(wěn)定在最佳值范圍內(nèi)。又因?yàn)榻橘|(zhì)本身具有磨料性質(zhì)，在滿足流量與揚(yáng)程的前提下，泵的轉(zhuǎn)速越低越好，大大降低了泵工作的機(jī)械強(qiáng)度和磨損。
　　2.2介質(zhì)泵的調(diào)節(jié)
　　對(duì)旋流器來(lái)說(shuō)，隨著入料性質(zhì)不同或產(chǎn)品質(zhì)量的變化，需要對(duì)分選密度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。除了直接調(diào)節(jié)介質(zhì)的密度外，通過(guò)旋流器入料壓力的調(diào)節(jié)也可對(duì)實(shí)際分選密度在一定范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)，即旋流器的工作壓力需要一定的調(diào)節(jié)范圍。選型時(shí)一般按其工作壓力的上限與布置標(biāo)高綜合考慮。運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)指標(biāo)發(fā)生變化時(shí)，泵的流量和揚(yáng)程滿足不了旋流器的正常要求，就需要通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，改變泵實(shí)際運(yùn)行的工況點(diǎn)。通常通過(guò)改變閥門(mén)的開(kāi)度改變泵的工況點(diǎn)，達(dá)到改變流量與揚(yáng)程的目的。閥門(mén)調(diào)節(jié)有以下弊端：⑴ 節(jié)流損失的能耗大，閥門(mén)磨損嚴(yán)重，雖然初期投資小，但后期維修量大；⑵閥門(mén)調(diào)節(jié)精度低且勞動(dòng)強(qiáng)度大；⑶泵全速運(yùn)行，磨損嚴(yán)重，壽命縮短。
　　2.3介質(zhì)泵的變頻調(diào)速
　　泵的特點(diǎn)是當(dāng)轉(zhuǎn)速在20% 范圍內(nèi)變化時(shí)，泵的效率基本不發(fā)生變化。泵的流量Q與轉(zhuǎn)速n 的一次方成正比，揚(yáng)程H 與轉(zhuǎn)速n 的平方成正比，而軸輸出功率P與轉(zhuǎn)速n 的立方成正比。變頻調(diào)速就是通過(guò)改變電機(jī)的輸入頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。介質(zhì)泵的變頻調(diào)速就是壓力變送器檢測(cè)旋流器的入料壓力反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)控變頻器輸出頻率，從而改變介質(zhì)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變泵的流量與揚(yáng)程，達(dá)到節(jié)能的目的。
　　3現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)
　　洗煤廠介質(zhì)泵電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下：型號(hào)YKK5005-10，額定功率315kW，額定電壓10kV，額定電流26.3A，額定頻率50Hz，功率因數(shù)0.75，接法Y，防護(hù)等級(jí)IP54，工作制S1，旋轉(zhuǎn)速度595r/min。
　　介質(zhì)泵參數(shù)：型號(hào)：300ZJ-1-A90 ，揚(yáng)程48m，流量1000m3/h ，軸功率237.6kW，必需汽濁余量3.9m，配用功率315kW，效率77%。
　　4風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)介紹
　　風(fēng)光牌JD-BP38列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠(yuǎn)小于IEE519-1992的諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機(jī)。2007年，風(fēng)光高壓變頻器被評(píng)為中國(guó)名牌產(chǎn)品。焦化洗煤廠介質(zhì)泵變頻改造選用的新風(fēng)光生產(chǎn)的JD-BP38-355F（355kW/10kV）高壓變頻器。
　　5變頻控制原理
　　為降低企業(yè)生產(chǎn)成本，并滿足生產(chǎn)工藝的需求，提高分選精度，洗煤廠對(duì)介質(zhì)泵進(jìn)行變頻改造。此次改造在保持原有供電的基礎(chǔ)上，增設(shè)了變頻控制柜。對(duì)旋流器的入料壓力實(shí)行自動(dòng)控制，介質(zhì)泵變頻控制系統(tǒng)由風(fēng)光高壓變頻器、PLC、壓力變送器、氣動(dòng)閥門(mén)、電磁閥及其他輔助設(shè)備組成。
　　分別在介質(zhì)泵的進(jìn)出口處安裝靠電磁閥控制的氣動(dòng)閥門(mén)，在旋流器入料總管上和介質(zhì)泵出口管處安裝一臺(tái)壓力變送器，均能輸出4~20mA的模擬量信號(hào)至DCS集控室。
　　生產(chǎn)時(shí)，DCS集控室控制電磁閥（分別打開(kāi)出口氣動(dòng)閥門(mén)與進(jìn)口氣動(dòng)閥門(mén)）和介質(zhì)泵電機(jī)； DCS集控室采集旋流器入料總管上壓力變送器來(lái)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)，改變變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)介質(zhì)泵電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，從而控制入料量，達(dá)到穩(wěn)定入料壓力的目的，使入料壓力始終穩(wěn)定在允許的壓力范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)入料壓力的功能。介質(zhì)泵出口管處安裝的壓力變送器的作用是，一旦泵由于某種原因出現(xiàn)堵塞，管道壓力必定超過(guò)正常范圍，其壓力信號(hào)傳至集控室，則DCS會(huì)判斷故障、停車(chē)并報(bào)警。
　　根據(jù)要求加裝旁路以方便變頻/工頻的切換。變/工頻切換：當(dāng)電機(jī)在變頻運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，變頻器出現(xiàn)跳閘，變頻器退出運(yùn)行，介質(zhì)泵電機(jī)切換至工頻運(yùn)行。此功能在變頻器故障或外部負(fù)荷突變引起變頻器跳閘時(shí)，將介質(zhì)泵切換至工頻運(yùn)行以保證不影響生產(chǎn)。工/變頻切換：當(dāng)變頻器故障解除，或者介質(zhì)泵需要從工頻運(yùn)行切換到變頻運(yùn)行時(shí)，可通過(guò)變頻投入按鈕或DCS控制命令將介質(zhì)泵投入變頻運(yùn)行，且變頻器頻率調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)變頻本體、就地箱及DCS遠(yuǎn)程多重控制，變頻器即可閉環(huán)運(yùn)行，也可開(kāi)環(huán)控制。
　　6變頻改造主回路
　　為防止變頻器檢修或故障對(duì)生產(chǎn)的影響，本次采用的JD-BP38-355F型高壓變頻器采用“一拖一”控制方式，配置手動(dòng)工頻旁路，主回路接線如圖1所示：

　　手動(dòng)旁路中，共有3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)K1、K2、K3，當(dāng)K1、K2閉合，K3斷開(kāi)時(shí)，10kV電源經(jīng)隔離刀閘K1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)K2送至電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行；一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，可斷開(kāi)隔離刀閘K1、K2，合上K3，在工頻電源下啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來(lái)，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。隔離刀閘K1、K2、K3之間具有閉鎖和防止誤操作功能。

　　高壓變頻器和上級(jí)進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜設(shè)置連鎖，當(dāng)上級(jí)進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜斷路器處于合閘位置時(shí)，絕不允許操作變頻器旁路高壓隔離開(kāi)關(guān)，以防出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作的安全性，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障時(shí)，及時(shí)跳開(kāi)上級(jí)開(kāi)關(guān)柜斷路器保護(hù)高壓變頻器和電機(jī)。
　　利用原有DCS控制系統(tǒng)的預(yù)留點(diǎn)，將高壓變頻器有關(guān)信號(hào)接入原有DCS控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)方/就地控制功能。當(dāng)高壓變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，將故障信息發(fā)送給DCS，以便于及時(shí)排除故障。
　　7介質(zhì)泵變頻改造效果
　　洗煤廠介質(zhì)泵變頻改造后，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)可靠，既滿足了生產(chǎn)需要，提高了分選精度，又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。總的來(lái)說(shuō)，介質(zhì)泵變頻改造后有以下好處：
　?。?）介質(zhì)泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng)、軟停止，減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，而且啟停非常方便。改造前，因電機(jī)功率大，啟、停操作非常不方便，影響廠區(qū)其他設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。采用變頻調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流遠(yuǎn)小于額定電流，對(duì)電網(wǎng)無(wú)大的沖擊，啟動(dòng)更平滑。
　　（2）實(shí)現(xiàn)了旋流器入料壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。變頻器與DCS系統(tǒng)完美結(jié)合，變頻器通過(guò)RS485和RS232接口與DCS系統(tǒng)通訊，并通過(guò)DCS實(shí)時(shí)監(jiān)控介質(zhì)泵工作情況。DCS負(fù)責(zé)采集各模擬量、開(kāi)關(guān)量等信號(hào)，包括變頻器輸入、輸出的模擬量、開(kāi)關(guān)量信號(hào)全部進(jìn)入DCS系統(tǒng)，接受DCS控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)相關(guān)聯(lián)鎖功能等。
　?。?）降低了現(xiàn)場(chǎng)操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度。經(jīng)變頻改造后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)泵的遠(yuǎn)方控制，現(xiàn)在閥門(mén)全開(kāi)，DCS根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)介質(zhì)泵轉(zhuǎn)速來(lái)滿足生產(chǎn)需要，減輕了工人的工作量。
　?。?）延長(zhǎng)了電機(jī)和介質(zhì)泵的使用壽命。由于介質(zhì)泵輸送的是密度相對(duì)較高的懸浮液，對(duì)泵有較強(qiáng)的磨損作用。進(jìn)行變頻改造后，泵的大部分工作時(shí)間都在較低的速度下運(yùn)行，因而降低了泵的工作機(jī)械強(qiáng)度和磨損，大大延長(zhǎng)泵和電機(jī)的使用壽命。
　?。?）有效地改善了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境。由于電機(jī)以及介質(zhì)泵轉(zhuǎn)速下降，大大降低了設(shè)備噪聲污染，深受現(xiàn)場(chǎng)操作人員歡迎。
　?。?）節(jié)能效果顯著。目前旋流器入料壓力控制在0.23MPa，滿足生產(chǎn)正常工作需要，變頻器工作頻率為42.8Hz，電機(jī)電流16A，在同樣工況下，比工頻運(yùn)行電流25.6A減少了9.6A。
　　8結(jié)束語(yǔ)
　　在洗煤廠介質(zhì)泵上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅解決了生產(chǎn)工藝中存在的問(wèn)題，而且降低了生產(chǎn)成本，提高了分級(jí)效果，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著我國(guó)“十二五”對(duì)節(jié)能減排工作的日益重視，變頻器用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等設(shè)備節(jié)電效果顯著，而且性能穩(wěn)定、可靠性高。它在工業(yè)上應(yīng)用日益廣泛。