論變頻調(diào)速控制技術(shù)在選煤廠應(yīng)用

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1、論變頻調(diào)速控制技術(shù)在選煤廠應(yīng)用［摘要］在我國的選煤廠中，使用數(shù)量最多的設(shè)備是水泵。從節(jié)能的觀點(diǎn)來看，水泵流量采用變速調(diào)節(jié)是科學(xué)而經(jīng)濟(jì)的。本文首先分析了變速調(diào)節(jié)的可行性，然后闡述了變速調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用方式，最后給出了應(yīng)用實(shí)例。［關(guān)鍵詞］變頻調(diào)速技術(shù)；選煤廠；水泵前言在我國的選煤廠中，不論采用什么工藝流程，其中使用數(shù)量最多的設(shè)備是水泵。但是，運(yùn)行中的水泵，其流量大部分時間不是在額定狀態(tài)下運(yùn)行，需要對其流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。水泵流量的調(diào)節(jié)方式主要有兩種：一種是節(jié)流調(diào)節(jié)，另一種是變速調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)節(jié)是在水泵入口處通過改變?nèi)肟陂l門的開度來改變水泵本身的特性曲線：變速

2、調(diào)節(jié)是利用流量與轉(zhuǎn)速成正比的關(guān)系來改變水泵本身的性能曲線。節(jié)流調(diào)節(jié)是以犧牲能量為代價的流量調(diào)節(jié)，當(dāng)流量減少時，拖動電機(jī)的輸出功率并未隨之減少，這些電能主要被消耗在入口段上。從節(jié)能的觀點(diǎn)來看，水泵流量采用變速調(diào)節(jié)是科學(xué)而經(jīng)濟(jì)的，特別是當(dāng)電機(jī)功率較大時，其節(jié)能效果很顯著。1?變速調(diào)節(jié)的可行性分析設(shè)水泵在額定負(fù)荷運(yùn)行時的流量、軸功率、轉(zhuǎn)速和電源頻率分別為Qe、Pe、ne、fe（按目前的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為50Hz）,變更負(fù)荷后運(yùn)行的流量、軸功率、轉(zhuǎn)速、和電源頻率分別為Qb、Ph、nb、fb,根據(jù)有關(guān)學(xué)科原理和相似定律以及交流電機(jī)轉(zhuǎn)速n=60f(1-s)/p

3、,可推導(dǎo)出(公式推導(dǎo)從略)：Pb/Pe=(Qb/Qe)3=(nb/ne)3=(fb/fe)3式中：f為電機(jī)電源頻率：s為電機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間的轉(zhuǎn)差率(一般為定值)：p為電機(jī)極數(shù)。由此可見，水泵的流量與轉(zhuǎn)速和電源頻率成正比。轉(zhuǎn)速或頻率下降，流量減少，轉(zhuǎn)速或頻率上升，流量則增加，通過改變轉(zhuǎn)速或頻率來實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)是可行的。而水泵軸功率P又與流量Q的三次方成正比，當(dāng)水泵在運(yùn)行中流量需求下降時，水泵所需要的軸功率可以減少很多。通過理論計算可知：在揚(yáng)程不變的情況下，當(dāng)流量降至滿負(fù)荷流量的50%或80%時，電機(jī)只需提供給水泵滿負(fù)荷軸功率的12.5%或

4、51.2%,就能滿足設(shè)備的正常運(yùn)行，而電機(jī)輸入功率卻可以節(jié)省87.5%或48.8%。由此可以得出結(jié)論：對一般水泵，當(dāng)調(diào)速控制Q為80%時，輸入功率可節(jié)省46%：在Q為50%時，輸入功率可節(jié)省70%。由于在設(shè)計中進(jìn)行工藝設(shè)備選型時往往要考慮到安全系數(shù)和工藝參數(shù)的波動，其中水泵流量的選擇是根據(jù)額定生產(chǎn)能力再分別乘以各種系數(shù)才確定下來的。因此，按照這些數(shù)據(jù)選擇的水泵，各項(xiàng)參數(shù)及電機(jī)功率都為最大值，而選煤廠的實(shí)際運(yùn)行狀況一般都低于額定負(fù)荷，所以水泵在生產(chǎn)中有大部分時間是在低于設(shè)計流量80%的工況下運(yùn)行的，有時還更低。2.變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用方式變頻調(diào)速技

5、術(shù)在選煤廠主要用于各種風(fēng)機(jī)和水泵的調(diào)速（需調(diào)速的合格介質(zhì)泵、旋流器入料泵等約占選煤廠泵類容量的70%-80%,清水泵和循環(huán)水泵一般不需要調(diào)速）以及通過變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)不同種類的調(diào)速設(shè)備之間在生產(chǎn)能力上的相互匹配或工藝流程上的動態(tài)平衡，如液力耦合器等。其中尤其是對水泵的調(diào)速使用面最廣，使用量最大，其主要作用體現(xiàn)在如下三個方面：1）通過變頻調(diào)節(jié)，使電機(jī)實(shí)際輸出功率（即消耗功率）比電機(jī)額定功率要小得多：從而節(jié)約了電耗成本。2）對大多數(shù)中小型選煤廠來說，配套的水泵電機(jī)一般均為低壓小容量電機(jī)（250kW以下）。這種水泵采用變頻裝置極為方便，只要把低壓配電屏

6、上的接觸器或其它開關(guān)與電動機(jī)的連線斷開，串接上預(yù)置好的變頻器即可（見圖2）,技術(shù)上較為可靠，投資回收期也較短（一般不到2a）。3）可實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的零速度軟啟動，大大減少了大容量水泵電機(jī)啟動時對選煤廠低壓配電系統(tǒng)的影響，降低了變壓器的配置容量，同時改善了各種調(diào)速設(shè)備的啟動性能，減少了對機(jī)械設(shè)備的沖擊。3.應(yīng)用實(shí)例某選煤廠是50年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)的大型選煤廠，時過多年，其設(shè)備和工藝流程已不能滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需要。該廠在經(jīng)過技術(shù)改造后，采用了重介有壓入料三產(chǎn)品旋流器洗選新工藝。根據(jù)該廠的實(shí)際情況，這種分選工藝的關(guān)鍵要求是合格介質(zhì)泵的排量必須與原煤混合后的

7、原煤入料泵打入旋流器的入料量相匹配，只有這樣才能使產(chǎn)品指標(biāo)和介質(zhì)循環(huán)都處于同步穩(wěn)定狀態(tài)。要使合格介質(zhì)泵與旋流器的入料泵在排量上相匹配，實(shí)際上也就是讓兩個功率、揚(yáng)程和額定轉(zhuǎn)速各不相同的水泵在轉(zhuǎn)速上相匹配。在實(shí)際設(shè)計中，我們采用了對兩臺水泵分別進(jìn)行變頻調(diào)速的方案，將變頻控制與可編程序控制器（以下簡稱PLC）相結(jié)合，充分利用PLC的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能，根據(jù)外部系統(tǒng)運(yùn)行條件的變化自動調(diào)節(jié)變頻器的頻率輸出，分別控制合格介質(zhì)泵和旋流器入料泵拖動電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)了這二臺泵在流量上的動態(tài)平衡，保持了生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定。上述功能如果靠人工操作對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時跟蹤是

8、無法實(shí)現(xiàn)的。該分選工藝流程及變頻調(diào)速原理見圖1-3。經(jīng)過幾年的實(shí)際運(yùn)行，證明本設(shè)計方案是正確而經(jīng)濟(jì)的。實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計結(jié)果為：合格介質(zhì)泵變頻器的頻率正常變