选矿厂尾矿采用高压变频调速输送矿浆可行性探讨

47技术应用选矿厂尾矿采用高压变频调速输送矿浆可行性探讨单玉江(金堆城钼业集团有限公司，陕西华县714102)摘要:矿浆输送采用变频调速，不仅具有良好的节能效果，而且由于泵输出压力、流量的降低，使泵的负荷减轻，减少了泵的振动和发热，降低设备的故障率，延长了设备使用寿命，节约了配件和维修费用，给企业带来可观的经济效益。关键词:变频调速；节能；尾矿输送SHANYujiang(JinduichengMolybdenumGroupCo.,Ltd.,Huaxian7402,China)Abstract:Usingvariable-frequencydriveinsendingorepulpcanreachgoodenergy-savingeffect.And,becauseofthereductionofpressureandrateofflowofpumps,theloadofpumpsisreducedandthevibrationandheatofpumpsarealsomitigated.Sothefailurerateofequipmentsiscutdown,andtheservicelifeofequipmentsisextended.Thecostoffittingsandmaintenanceissavedaswell.Variable-frequencydrivebringsconsiderableeconomicbenefitstotheplants.Keywords:Variable-frequencyDrive;Energy-conserving;SendingTailings收稿日期:2010-03-11中图分类号:TN773文献标识码:B文章编号:029-273(200)07-0047-00引言选矿厂尾矿输送车间共有5个加压泵站，46台6kV高压砂泵，通过两条室外输送管道，把两个选矿厂的尾矿浆输送栗西尾矿库。这5个加压泵站由两条35kV输电线路供电，平均每站每月用电共计900000kWh，全年总用电量约53400000kWh。表1为5个加压泵站设备参数表。1存在的主要问题在尾矿输送过程中，由于矿浆多少的不稳定性，通常使某台泵抽进空气，产生剧烈振动，对设备及工艺管道的安全运行造成很大的影响，且降低了电能的利用率。如何节能降耗降低设备故障率是设备运行中需要解决的主要问题。从表1中可以看出，每个加压泵站都配置有250PNJ泵和10PSJ泵，根据输送流量要求，泵运行有如下两种组合方式。(1)开1台250PNJ泵和两组(4台)10PSJ泵，DiscussionontheFeasibilityofUsingVariable-frequencyDriveTechnologyinSendingOrePulpinBaihualingConcentratorPOWERSUPPLYTECHNOLOGIESANDAPPLICATIONS48如图1所示。额定流量3400m3/h，电动机总功率1870kW。由于10PSJ泵本身效率低，运行时振动大，事故率高，维护检修工作量大。(2)开2台250PNJ泵和一组(2台)10PSJ泵，如图2所示。额定流量3800m3/h，电动机总功率1880kW。按这种方式运行，开两台250PNJ泵和两台10PSJ泵，由于来量满足不了泵的输出流量而产生的空载损耗大。从能量消耗和泵效率考虑，车间不允许按这种方式运行。由于供矿量只有60%～80%，泵都必须在节流下运行，都必然产生巨大的能量浪费。根据流体力学原理，泵的流量Q与转速n的一次方成正比(Q∝n)，压力(扬程)H与转速n的平方成正比(H∝n2),轴的输出功率P与转速n的立方成正比(P∝n3)。可以看出，当通过降低转速以减少流量来达到节流目的时，所消耗的功率将降低很多。例如：当转速降到80%时，流量减少到80%，而轴功率却下降到额定功率的(80%)3≈51%。调节泵的转速，不但节省能量，而且由于压力、流量的降低，泵的振动也会减轻。因此应从泵的调速控制上入手。2调速方法比较对泵类负载进行调速，可以分为如下几种：1）变极对数调速这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：①具有较硬的机械特性，稳定性良好；②无转差损耗，效率高；③接线简单、控制方便、价格低；④有级调速，级差较大，不能获得平滑调速。2）变频调速变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。其特点为：①效率高，调速过程中没有附加损耗；②应用范围广，可用于多种类型的电动机进行调速；站号泵数量/台扬程/m流量电机功率额定电流/A运行电流/A备注1250PNJ290140063075.760～75单级扬送10PNJ840100031037.720～25双级扬送2250PNJ290140063075.760～75单级扬送10PNJ840100031037.720～25双级扬送3250PNJ290140063075.760～75单级扬送10PNJ840100031037.720～25双级扬送4250PNJ290140063075.760～75单级扬送10PNJ640100031037.720～25双级扬送ZJ300236150028033.630双级扬送5250PNJ62912002202620单级扬送表1泵站设备参数表图1250PNJ和两组(4台)10PSJ泵组合图图2250PNJ和一组(2台)10PSJ泵组合图49③控制方便，调速范围大，特性硬，精度高；④可靠性强，保护功能完善，故障率低，基本实现免维护；⑤可以组成各种复杂的控制系统，实现自动化控制；⑥一次投资较高。变频调速是当今最有效的方式之一。3）串级调速串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式。其特点：①可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，可无级平滑调速，效率较高；②装置容量与调速范围成正比，需增设起动电阻和电容补偿，功率因数低。③谐波影响较大；④故障率较高，维护困难。4）定子调压调速当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。其特点：①调压调速线路简单，易实现自动控制；②调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低；5）电磁调速电动机调速电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源(控制器)3部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。特点如下：①装置结构及控制线路简单、维修方便、有节电效力；②调速平滑、无级调速；③对电网无谐波影响；④其缺点是低速运行时损耗大、效率低，占地面积大。6）液力耦合器调速液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，它们统称工作轮，放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生产机械运转。液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速，作到无级调速。其特点为：①功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；②操作简单，有一定的节能效果，且造价较低；③控制调节方便，容易实现自动控制；④缺点是功率丢失，低速调速性能较差，有3%的能源损耗，油路导管有漏油等问题存在。这一调速方式也正在被变频调速所取代。综上所述，根据现泵站设备现状情况，均为大功率的高压笼型异步电动机，因此，采用变频调速具有最好的节能效果和调速性能。改造容易，施工量小。但是，由于变频调速是近十多年新兴的高新技术，技术不断发展，产品不断换代，所以控制方式也多种多样。对于用户来讲，选择不同的方案，初期投资和长远效益也差别较大。应根据企业的投资能力、设备状况、长短期收益等综合因素考虑变频调速的实施方案类型。3变频调速的结构类型目前国内采用的高压电动机变频控制主要有直接高压变频方式、高—低—高变频方式和高—低变频方式。直接高压变频调速方式性能最佳，以成为高压变频产品的主流[1]。技术应用POWERSUPPLYTECHNOLOGIESANDAPPLICATIONS01）直接高压(高—高)变频控制方式直接将6kV的电压接到变频器，经变频器变频输出，驱动高压电动机变速运行，如图3所示。优点：①系统回路结构简单，占地面积小，施工容易，可靠性高；②系统效率高，达96%以上；③功率因数高，达0.95以上；④变频器输出波形好，对电源和电动机友好，尤其是美国罗宾康完美无谐波变频器，输入、输出都没有谐波干扰。缺点：与高—低—高和高—低方式相比，投资幅度较大。2）高—低—高变频控制方式通过降压变压器将6kV电压降低成0.6～0.8kV的低电压，使用比较低廉的低压变频器进行变频控制，然后再通过升压变压器将电压升到6kV，驱动高压电动机，见图4。优点：①可以满足于各种电压等级的电动机需要；②可以满足风机、水泵及一般控制系统的调速要求；③使用比较廉价的低压变频器构成高压变频拖动系统，使投资幅度减小。缺点：①系统结构复杂，占地面积大，可靠性较差，系统效率低；②谐波分量大，对电源和电机都不友好，往往需要增加滤波器；③产生的谐波污染电网，对周围的计算机控制设备和电子仪表有干扰；④由于变频器的输出波形不好，较高的dv/dt将威胁电动机的绝缘。3）高—低变频控制方式通过降压变压器将6kV电压降低成1kV以下的电压，使用比较低廉的低压变频器直接驱动低压电动机。因此，通常需要更换电动机或改变原电动机的绕组接线方式，见图5。改造电动机的绕组接线组别(或制订非标的电动机)，使其成为低压电动机，以适应低压变频器的需要。优点：①可以使用低压变频器，系统投资较少；②无升压变压器，系统结构简单；③具有高电压输电损耗小，低压变频效率高的优点；④由于将高压电动机改成低压电动机，不必考虑电动机的绝缘问题。缺点：①谐波分量大，存在严重谐波干扰问题。（需要增加正弦波滤波器进行改善）；②改造或更换电动机，改造工程量较大；③需要更换电动机电缆，并且电缆的截面比较大，施工较困难；④适用于较小功率的电动机。4方案选择及效益分析根据泵的组合方式，可以在250PNJ泵或者10PSJ泵上安装变频调速，以调节输送流量。(1)10PSJ泵上安装变频器，由于其电动机功率小，投资也较少。见图6。双级泵串联的电动机，一级泵负载较重，同时在负载输出时，受到二级泵的影响，阻力增大。而二级泵受一级泵供矿影响的负荷率相对较低，扬程裕量较图3直接高压变频驱动高压电动机方框图图4高—低—高变频控制驱动高压电动机方框图大，因此，在二级泵上进行变频调速比较合适。泵的节能效果与流量和扬程的裕量有关，裕量越大，节能的潜力越大。以1#泵站为例：1#输送泵站到2#输送泵站的垂直高度是61.22m。当1#站总输送流量下降20%时，对于10PSJ单回路泵来讲，流量和泵转速均下降了32%。10PSJ泵电动机功率310kW，现运行电流是额定电流的66%，所以实际运行功率是310×0.66=205kW。如果将电动机的转速降低32%，轴功率将下降到(68%)3=31.4%，可以节省轴输出功率68.6%。但在此流量下，该泵扬程下降到46%，即18.5m，该支路扬程只有48.5m，不能满足扬程高度的要求。考虑到扬程裕量的限制，泵的转速最大只允许下降25%。当泵转速下降25%时，轴输出功率下降到42%，节