森蘭變頻器在有色金屬行業(yè)的應(yīng)用
發(fā)布時間：2019-07-10 15:23:11來源：
【有色金屬行業(yè)節(jié)能潛力分析】
中國有色金屬礦產(chǎn)資源的特點是小礦多、大礦少；貧礦多、富礦少；共生礦多、單一礦少；由此造成選冶流程長，工藝復(fù)雜，直接導(dǎo)致能耗高、水耗大、污染物排放量大，其中尤以電解鋁、海綿鈦能耗為比較高。盡管比較近我國主要有色金屬單位產(chǎn)品綜合能耗呈現(xiàn)總體下降趨勢，但目前平均每噸有色金屬綜合能耗與國際先進(jìn)水平相比，仍然存在較大差距。2010年，我國有色金屬行業(yè)耗能量占全國能源消耗總量的2.8%左右。
2012年，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《有色金屬工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，強(qiáng)調(diào)“十二五”時期有色金屬要控制總量，加大節(jié)能減排。10種有色金屬產(chǎn)量控制在4600萬噸左右，年均增長率為8%；銅、鉛、鎂、電鋅冶煉綜合能耗分別降到300千克標(biāo)煤/噸、320千克標(biāo)煤/噸、4噸標(biāo)煤/噸和900千克標(biāo)煤/噸及以下，電解鋁直流電耗、全流程海綿鈦電耗分別降到12500千瓦時/噸和25000千瓦時/噸及以下。
有色金屬企業(yè)的門類繁多，使用的電機(jī)也很多，利用變頻技術(shù)調(diào)速可減少能耗。據(jù)調(diào)查，在氧化鋁、電解鋁、冶煉鋅、冶煉銅等有色金屬企業(yè)的風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載數(shù)量多，使用也普遍。使用變頻器后，節(jié)能率在30%左右，根據(jù)工況，一般情況下投資回收期比較短不到一年，比較長不到三年。
【森蘭有色金屬行業(yè)應(yīng)用典型解決方案】
應(yīng)用解決方案一、森蘭690v850kw變頻器在隔膜泵上的應(yīng)用
一、概述
隔膜泵，也叫氣動雙隔膜泵或氣動泵，是一種新型輸送機(jī)械，是目前國內(nèi)比較新穎的一種泵類，采用壓縮空氣為動力源。對于各種腐蝕性液體，帶顆粒的液體，高粘度、易揮發(fā)、易燃、劇毒的液體，均能予以抽光吸盡。隔膜泵其有四種材質(zhì)：塑料、鋁合金、鑄鐵、不銹鋼。隔膜泵根據(jù)不同液體介質(zhì)分別采用丁腈橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚四六乙烯，以滿足不同生產(chǎn)工藝的需要。隔膜泵既能抽送流動的液體，又能輸送一些不易流動的介質(zhì)，具有自吸泵、潛水泵、屏蔽泵、泥漿泵和雜質(zhì)泵等輸送機(jī)械的許多優(yōu)點。
隔膜泵已經(jīng)在石油、化工、有色金屬、食品、電子、陶瓷、紡織等行業(yè)應(yīng)用，安裝在各種特殊場合，用來抽取各種常規(guī)泵不能抽吸的介質(zhì)。隔膜泵發(fā)展的應(yīng)用潛力，還不為很多人所知。隔膜泵正逐步侵入其他泵的市場，并占有其中的一部分。如：油漆、涂料等精細(xì)化工行業(yè)和陶瓷業(yè)中隔膜泵已占有絕對的主導(dǎo)地位，而在其他的一些行業(yè)中，像環(huán)保、廢水處理、建筑、排污等行業(yè)中正在擴(kuò)大它的市場份額，并具有其他泵不可替代的地位。
二、隔膜泵的工作原理：
隔膜泵靠壓縮空氣驅(qū)動。定向空氣分配閥和導(dǎo)向閥，稱為“氣室”，都設(shè)置在泵的中心部位。介質(zhì)流動通過兩個匯流管和外隔膜室，稱為“介質(zhì)室”。通常止回閥(球型或片型)都設(shè)置在每個外隔膜室的頂部或底部或共用一個匯流管。這兩個外隔膜室靠吸口和出口接頭連接起來，泵是自吸的。
在操作中，空氣分配閥交替控制隔膜的增壓。在每次沖程后，閥將自動變換位置，使空氣得以切換至另一隔膜室，使兩邊隔膜室形成交替的吸液和壓送沖程，隔膜在平行路徑里移動，空氣閥無潤滑油需求，這就是首選的運行方式，潔凈、干燥的空氣更能提高泵的性能。
介質(zhì)通過隔膜泵時，止回閥一開一關(guān)，這使得每個外隔膜室交替地填充和排出，止回閥對壓力差做出反應(yīng)。球閥止回閥可處理含小顆粒的介質(zhì)，而片閥止回閥可以處理含接近管徑尺寸大小軟顆粒的介質(zhì)。
當(dāng)空氣分配閥讓壓縮空氣進(jìn)入左隔膜室，隔膜受壓往外推出，而形成壓送沖程，在壓送部內(nèi)的介質(zhì)即受力離開左面外隔膜室、止回閥、匯流管，而后由泵的出口流出，排出口位置可以是頂部、底部、或側(cè)面。當(dāng)左隔膜室受壓推出時，隔膜連接桿在內(nèi)部拖動右隔膜向內(nèi)縮回止回閥充滿流體，在這一循環(huán)動作完成后，空氣分配閥將自動地變換位置，使空氣切換至另一隔膜室，反向重復(fù)上述循環(huán)動作，即兩邊隔膜室將因此呈現(xiàn)交替性的壓送及吸收液動作。
三、氧化鋁行業(yè)對隔模泵傳動系統(tǒng)的要求
生產(chǎn)氧化鋁的前端工序是先將鋁礬土粉碎制成原礦漿，將合格的原礦漿通過隔膜泵（喂料泵）送至高壓溶出器，在高壓溶出器中，在一定的外部條件作用下，溶出鋁土礦中的氧化鋁得到鋁酸鈉。當(dāng)溶出時間一定時，溶出速度越快，氧化鋁的溶出率就越高，產(chǎn)能越大。但溶出反應(yīng)需在一定條件下進(jìn)行，要保證氧化鋁的高溶出率，就要保證各種物料的相對平衡，在其他條件相對變化的情況下，要求料漿泵的喂料量也發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整，這樣才能優(yōu)化生產(chǎn)工藝指標(biāo)，進(jìn)而優(yōu)化氧化鋁生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。為實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程的優(yōu)化進(jìn)行，高壓泥漿隔膜泵是采用拜爾法生產(chǎn)氧化鋁，尤其是采用管道化溶出工藝的氧化鋁廠的重要設(shè)備，被譽為拜爾法氧化鋁廠的心臟部位，其運轉(zhuǎn)率直接代表著氧化鋁廠的投礦運轉(zhuǎn)率。對電氣傳動系統(tǒng)提出以下要求：
（1）電動機(jī)和泵組等機(jī)械設(shè)備在使用原設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過改變電氣控制系統(tǒng)的控制方法，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速在10～583rpm之間連續(xù)可調(diào)，且能夠帶載起動隔膜泵；
（2）設(shè)備起動平緩，運行穩(wěn)定可靠。電氣設(shè)備可運行率達(dá)95%以上；設(shè)置完善的保護(hù)裝置，包括管道超壓自動保護(hù)和常規(guī)電氣故障保護(hù)；
（3）對泵采用三地操作，分別設(shè)置在機(jī)旁、變頻器控制室、儀表室。泵組的開、停在機(jī)旁和變頻器控制室進(jìn)行，儀表室只有在管道超壓或其他緊急情況下進(jìn)行設(shè)備緊急停車；當(dāng)進(jìn)料量給定值確定后，系統(tǒng)能夠自動跟蹤給定值。
喂料量的改變是通過隔膜泵（喂料泵）變頻調(diào)速來實現(xiàn)的。因為對變頻器的可靠性要求極高，以前一般都采用國外知名變頻器。
四、森蘭變頻器隔模泵上的應(yīng)用
近幾年，國產(chǎn)變頻技術(shù)有了極大的進(jìn)展，國內(nèi)廠家也能生產(chǎn)高性能的矢量控制變頻器，起動力矩可達(dá)2倍額定力矩，平均無故障時間2萬小時以上，像氧化鋁這樣連續(xù)性生產(chǎn)工藝，也完全能夠滿足。森蘭以矢量控制變頻器sb70的平臺為基礎(chǔ)，開發(fā)出了690v 850kw矢量控制變頻器，在性能上，完全可以和國外變頻器相媲美。
隔模泵使用的是690v 780kw鼠籠異步電動機(jī)，電源頻率為50hz時轉(zhuǎn)速為583rpm，轉(zhuǎn)速為10rpm時變頻器輸出頻率不到1hz，調(diào)速比接近60，且能夠1hz頻率下帶額定負(fù)載運行。
矢量控制變頻器的調(diào)速比可達(dá)1:100、調(diào)速精度可到0.1%、且是無級調(diào)速，選用森蘭690v 850kw矢量控制變頻器能滿足調(diào)速性能要求。對于當(dāng)進(jìn)料量給定值確定后，系統(tǒng)能夠自動跟蹤給定值的自動控制方案，只需將礦漿電磁流量計輸出的4～20ma反饋信號送到變頻器的pi調(diào)節(jié)器的反饋端口上實現(xiàn)閉環(huán)控制，使礦漿的流量在給定范圍內(nèi)變化，保證氧化鋁的溶出率為比較高。
森蘭690v 850kw矢量控制變頻器在隔模泵上已經(jīng)連續(xù)無故障運行了三年有余，實踐證明，國產(chǎn)變頻器無論是在質(zhì)量上還是在性能上都表現(xiàn)極佳，并且在調(diào)速過程中有節(jié)能效果，給用戶帶來了實實在在的效益，在用戶中樹立了很好的口碑。
五、結(jié)語
690v 850kw變頻器投運以來，運行可靠平穩(wěn)，控制靈活方便，控制準(zhǔn)確，精度高，充分保證了隔膜泵準(zhǔn)確送料，大大優(yōu)化了生產(chǎn)指標(biāo)，提高了礦漿中的氧化鋁溶出率和設(shè)備產(chǎn)能，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，保證了調(diào)速平滑、連續(xù)，實現(xiàn)了節(jié)能；設(shè)備技術(shù)水平的提高和優(yōu)化，使得設(shè)備維護(hù)工作量和維護(hù)費用都大大降低，降低了單位產(chǎn)品的成本，產(chǎn)生了較好的社會經(jīng)濟(jì)效益。實踐證明，森蘭690v850kw變頻器其性能和可靠性完全滿足氧化鋁生產(chǎn)工藝的要求，國產(chǎn)化是必由之路。
應(yīng)用解決方案二、森蘭sb70變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線中的應(yīng)用
有色金屬行業(yè)對變頻器的要求較高，森蘭sb70變頻器在該行業(yè)的大面積的成功使用，在國產(chǎn)變頻器中尚屬首次，這標(biāo)志國產(chǎn)變頻器的技術(shù)水平有了極大的提高。在實際應(yīng)用中，森蘭sb70變頻器與國外變頻器相比毫不遜色，在氧化鋁行業(yè)成功地替代了國外品牌變頻器，而且價格要便宜。
一、氧化鋁生產(chǎn)流程
從鋁礬土礦石生產(chǎn)出合格的氧化鋁需要經(jīng)過原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾大個生產(chǎn)流程，按工藝流程的次序組織為原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾大車間，為充分利用母液，再設(shè)置一個蒸發(fā)工序車間。原料車間用以制備粒度、成份比例等指標(biāo)都符合要求的原礦漿；溶出車間通過多級預(yù)熱套管及壓煮器為原礦漿提供高溫、高壓環(huán)境，并保證足夠的溶出時間，以使原礦漿中的氧化鋁成份溶出至鋁酸鈉溶液中。沉降車間通過沉降和多次反向洗滌，將料漿中的粗液及附著堿與各種雜質(zhì)構(gòu)成的赤泥進(jìn)行分離，分離出的粗液經(jīng)葉濾機(jī)過濾后制得精液，再送至分解車間與晶種混合，逐級進(jìn)入各分解槽進(jìn)行降溫、攪拌，以充分析出氫氧化鋁，析出的氫氧化鋁漿液經(jīng)分級后，細(xì)料進(jìn)種子過濾制備晶種，粗料送焙燒車間經(jīng)過濾后進(jìn)行高溫焙燒，比較終制得成品氧化鋁。蒸發(fā)車間用于對循環(huán)母液進(jìn)行濃縮處理，以除去在流程中進(jìn)入母液中的多余水分，達(dá)到工藝要求的母液濃度。
二、氧化鋁生產(chǎn)對變頻器的要求
整個氧化鋁生產(chǎn)過程對物料的運送由漿泵、進(jìn)料泵、出料泵、母液泵、堿液泵、循環(huán)泵等各種各樣的泵承擔(dān)。生產(chǎn)過程中，物料及反應(yīng)容器的溫度、壓力、配料流量等指標(biāo)的控制非常嚴(yán)格；同時為保證分解槽攪拌等要求不間斷運轉(zhuǎn)設(shè)備的連續(xù)運行，以及隔膜泵、壓煮器等高溫、高壓、高堿設(shè)備和焙燒系統(tǒng)易燃易爆設(shè)備的安全運行，要求對運送物料的各種泵能夠在dcs的控制下變速運行。氧化鋁生產(chǎn)工序比較復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)境差，溫度高，粉塵多，對變頻器的主要要求有：
1、漿泵、進(jìn)料泵、出料泵等的工作介質(zhì)是非常粘稠的礦漿，其負(fù)載特性接近恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。由于某種原因使生產(chǎn)短時停頓，粘稠的礦漿會產(chǎn)生沉降，恢復(fù)生產(chǎn)再次起動時，這些泵的起動力矩非常大，因此要求變頻器有足夠大的起動力矩和較高的過載能力。
2、氧化鋁生產(chǎn)線占地的面積很大，其電氣控制設(shè)備和變頻器均安裝在配電房內(nèi)，大部分的電機(jī)與變頻器的距離在100-300米，要求變頻器的輸出接上100-300米電纜能夠正常工作。
3、變頻器的輸出含有高次諧波，現(xiàn)場使用的變頻器的數(shù)量多，必須考慮諧波對dcs控制系統(tǒng)和現(xiàn)場控制儀表干擾，要求變頻的輸出諧波含量較低，低于國家標(biāo)準(zhǔn)gb12668-2.2002、gb12668-3.2003所要求的諧波含量。
4、氧化鋁生產(chǎn)具有連續(xù)性，生產(chǎn)過程中因某臺設(shè)備故障引起全線停產(chǎn)，將帶來極大的損失，因此，對變頻器的可靠性要求極高。
三、sb70系列變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線上的應(yīng)用
由上可見，氧化鋁生產(chǎn)對變頻器提出了很高的要求，鋁鎂設(shè)計院在做設(shè)計時，都毫無例外地選用abb、施耐德、西門子、ab等國外變頻器。近幾年來，國產(chǎn)變頻器技術(shù)有了長足的進(jìn)步，轉(zhuǎn)子磁鏈定向無速度傳感器矢量控制已研發(fā)成功，其技術(shù)性能接近國外變頻器先進(jìn)水平，再加上工藝技術(shù)和管理水平的提高，生產(chǎn)出滿足氧化鋁生產(chǎn)線要求的高性能、高可靠的矢量控制變頻器也不是難事，且與國外變頻器比較價格較低，在與國外變頻器競爭中有一定優(yōu)勢。
河南三門峽鋁業(yè)有限公司，年生產(chǎn)氧化鋁120萬噸，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，選用森蘭sb70無速度傳感器矢量控制變頻器，對其生產(chǎn)過程的每一道工序提供變頻調(diào)速（功率從22kw到450kw），共安裝使用78臺，具體使用工位如下表：
sb70系列變頻器為希望森蘭科技股份有限公司自主開發(fā)的新一代低噪音、高性能、可靠性高、功能強(qiáng)大的工程型變頻器，采用轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制方式，實現(xiàn)了對電機(jī)大轉(zhuǎn)矩高精度的控制。其操作面板具有編程、操作、參數(shù)復(fù)制、熱拔插功能，大大方便了操作人員對參數(shù)的修改（僅對一臺變頻器設(shè)置參數(shù)，其它均可進(jìn)行參數(shù)復(fù)制，減少調(diào)試過程中的工作量），速定給定可通過端子切換，減少了外部繁鎖的連接線。瞬時掉電時，通過母線電壓控制，實現(xiàn)不間斷運行；還可根據(jù)負(fù)載特性和環(huán)境溫度，自動調(diào)整載波頻率。
針對氧化鋁生產(chǎn)對變頻器的主要要求，高性能的sb70無速度傳感器矢量控制變頻器1hz時的轉(zhuǎn)矩可達(dá)200%，無需閉環(huán)運行；考慮到過載因素，在實際應(yīng)用時電動機(jī)的容量會加大一檔，變頻器的容量也適當(dāng)增大；sb70變頻器采用了多種諧波抑制技術(shù)，總諧波含量已低于國家標(biāo)準(zhǔn)。考慮到整個生產(chǎn)線使用變頻器較多，還需要在變頻器的輸入側(cè)加裝輸入電抗器和輸入濾波器，保證在任何情況下都不會對計算控制系統(tǒng)和數(shù)字儀表造成干擾；變頻器輸出電纜的限制距離一般在50米內(nèi)，輸出電纜的長度增加，分布電容和分布電感也相應(yīng)增加，對某次諧波可能會引起震蕩或形成駐波，這將嚴(yán)重影響電動機(jī)的運行。設(shè)計變頻控制系統(tǒng)時在變頻器的輸出側(cè)加裝輸出電抗器或再加輸出濾波器，平抑變頻器輸出的du/dt尖脈沖。
四、變頻器接線圖及功能設(shè)置
1、變頻器端子功能如下表
2、變頻器功能設(shè)置表：