盧宏龍

（陽煤集團(tuán)選煤部，山西 陽泉 045200）

變頻調(diào)速技術(shù)在陽煤五礦小井選煤廠的應(yīng)用

盧宏龍

（陽煤集團(tuán)選煤部，山西 陽泉 045200）

介紹了變頻器和變頻調(diào)速技術(shù)的原理特點(diǎn)，及其實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例。結(jié)果表明，變頻器調(diào)速技術(shù)在選煤廠鼓風(fēng)機(jī)、泵類、跳汰機(jī)、給料機(jī)等設(shè)備的應(yīng)用，可取得節(jié)能效果，并使工藝環(huán)節(jié)更趨合理。

交流拖動(dòng)；變頻器；變頻調(diào)速；選煤廠；節(jié)能

陽泉煤業(yè)集團(tuán)五礦小井選煤廠是最早建成投產(chǎn)的，原先只采用原煤篩分的粗加工方式，后經(jīng)技術(shù)改造、擴(kuò)建洗煤樓，采用單一跳汰混合入洗工藝流程，設(shè)計(jì)年入洗量90萬t，再經(jīng)增容技術(shù)改造后，現(xiàn)已達(dá)到年入洗量150萬t，主要生產(chǎn)洗中塊、洗小塊、洗3號(hào)篩選末煤等產(chǎn)品。小井選煤廠應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)設(shè)備實(shí)施自動(dòng)化改造，取得了一些經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)效益。

1 節(jié)能改造問題的提出

選煤廠的常用設(shè)備中，有很多設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)是應(yīng)變化的，例如水泵、風(fēng)機(jī)、跳汰機(jī)排料裝置、給煤機(jī)等，實(shí)際生產(chǎn)中常需調(diào)節(jié)其運(yùn)行狀況。例如：選煤廠采用跳汰洗煤工藝時(shí)，需用鼓風(fēng)機(jī)供給低壓風(fēng)。對(duì)風(fēng)量的控制，通常有兩種調(diào)節(jié)方式，一是通過改變鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)閥門、出風(fēng)閥門的開啟度來調(diào)節(jié)風(fēng)量；二是通過改變鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量。前者是以增加阻力犧牲能量為代價(jià)的流量調(diào)節(jié)，當(dāng)流量減少時(shí)，電機(jī)的輸出功率并未隨之減少，這些電能主要被消耗在進(jìn)、出口閥門上，從而加劇了閥門和管路的磨損。造成故障多，維修量大，致使選煤成本居高不下，影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。從節(jié)能的觀點(diǎn)來看，采用變速調(diào)節(jié)控制風(fēng)機(jī)的流量是科學(xué)而經(jīng)濟(jì)的，特別是當(dāng)電機(jī)功率較大時(shí)，節(jié)能效果更為顯著。

2 交流調(diào)速技術(shù)是節(jié)約能源的重要手段

選煤廠大量使用的風(fēng)機(jī)、水泵、給料機(jī)、壓縮機(jī)等設(shè)備，都是采用交流電機(jī)拖動(dòng)。交流調(diào)速技術(shù)是節(jié)約能源的重要手段，這是因?yàn)榻涣魍蟿?dòng)負(fù)荷在總用電量中占有很大比重，對(duì)這類負(fù)荷實(shí)現(xiàn)節(jié)能，可以獲得可觀的節(jié)電效益；交流拖動(dòng)本身存在著很大節(jié)電潛力。許多交流拖動(dòng)的裝置中，交流電機(jī)及其所拖動(dòng)的機(jī)械往往留有富余容量，而且也不總是在最大負(fù)荷下運(yùn)行，即有通常所說的“大馬拉小車”現(xiàn)象。根據(jù)選煤廠設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況，使用變速調(diào)節(jié)的節(jié)能率在30%以上，設(shè)備壽命可增加40%以上。

交流電動(dòng)機(jī)有同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)兩大類。同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速靠改變供電電壓的頻率改變其同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)的變速調(diào)節(jié)方法很多，常見的有：降電壓調(diào)速；電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速；變頻調(diào)速。

隨著變頻器技術(shù)的日益成熟，變頻調(diào)速技術(shù)在選煤廠自動(dòng)化改造中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。選煤廠眾多設(shè)備采用變頻調(diào)速控制，都可收到節(jié)能效果。

3 變頻調(diào)速技術(shù)的原理及特點(diǎn)

3.1 變頻器的基本原理及功能

變頻調(diào)速系統(tǒng)中的變頻器一般分為：交—交變頻器與交—直—交變頻器兩種。

交—直—交變頻器應(yīng)用較廣，它是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用來實(shí)現(xiàn)交、直流電的轉(zhuǎn)換。先是交流電通過整流橋變成直流電，然后直流電再通過可控晶閘管逆變成頻率可以控制的交流電。交—直—交變頻器主要有整流器、中間電路、逆變器、控制電路組成。

1）整流器與單相或三相交流電源相連接，產(chǎn)生脈動(dòng)的支流電壓。整流電路將交流電變換成直流電（交—直變換）；2）直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波。根據(jù)濾波環(huán)節(jié)采用元件的不同，可分為電壓型和電流型兩種。電壓型交—直—交變頻器在直流側(cè)并聯(lián)大電容以緩沖無功功率；而電流型交—直—交變頻器是在直流回路中串以大電感以吸收無功功率。其作用是使脈動(dòng)的支流電壓變得穩(wěn)定平滑，供逆變器使用。3）逆變器將穩(wěn)定的直流電壓逆變成既可調(diào)壓又可調(diào)頻的三相交流電源，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的（直—交變換）。4）控制電路完成對(duì)主電路的控制。它將信號(hào)傳給整流器、中間電路、逆變器，同時(shí)接受來自這些部分的信號(hào)。

3.2 變頻調(diào)速技術(shù)的原理及特點(diǎn)

由于異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，所以可以通過不同頻率的電壓和電流來改變交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的目的，這就是所謂的變頻調(diào)速，它是異步電機(jī)較為理想的調(diào)速方法。

變頻調(diào)速具有如下特點(diǎn)：一是機(jī)械性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小?？蓪?shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，而且運(yùn)行平穩(wěn)，可以大大減少大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)交流電網(wǎng)的沖擊。二是調(diào)速范圍廣，可實(shí)現(xiàn)平滑無級(jí)調(diào)速，頻率變化范圍大，能廣泛適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的需要。三是節(jié)能效果顯著，理論上的節(jié)能可達(dá)30%以上。四是變頻器安裝容易、調(diào)試方便、操作簡(jiǎn)單；可以減少調(diào)整工作量和減少操作人員，提高工作效率。

4 變頻調(diào)速技術(shù)在陽煤五礦小井選煤廠的應(yīng)用實(shí)例

變頻調(diào)速技術(shù)主要用于各種水泵、跳汰機(jī)、給煤機(jī)等交流電機(jī)拖動(dòng)的設(shè)備，不但獲得了良好的節(jié)能效果，而且改善了生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)能力的更優(yōu)匹配。

4.1 節(jié)能效果明顯——在循環(huán)泵和鼓風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

陽煤五礦小井選煤廠使用循環(huán)泵兩臺(tái)，采用90 kW電機(jī)拖動(dòng)，配套進(jìn)水、出水閥門各一個(gè)，主要供跳汰機(jī)洗煤用水。在實(shí)際洗煤生產(chǎn)中，由于入洗原煤的煤質(zhì)變化、入洗量大小的變化等因素影響，供水量需要經(jīng)常調(diào)節(jié)。

改造前，調(diào)節(jié)水量主要是靠頻繁開、閉進(jìn)出水閥門來實(shí)現(xiàn)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，維修量大，調(diào)節(jié)效果也不理想。改造后，采用變頻調(diào)速技術(shù)，通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)水量，不但節(jié)約大量電能，節(jié)能效果明顯，而且大大減少了閥門和管路的磨損，節(jié)支降耗顯著，洗煤成本相應(yīng)降低。

同理，采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，也取得了明顯效果。該廠鼓風(fēng)機(jī)為110 kW電機(jī)拖動(dòng)，功率較大，減少了大電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

4.2 改善工藝環(huán)節(jié)——在給料機(jī)中的應(yīng)用

小井選煤廠給跳汰機(jī)供煤的給料機(jī)為電振給煤機(jī)。供煤量大時(shí)，易造成跳汰機(jī)床層不穩(wěn)定，影響洗煤質(zhì)量，在煤質(zhì)較差時(shí)甚至出現(xiàn)“跑煤”現(xiàn)象，造成資源浪費(fèi)；供煤量小時(shí)，不能滿足跳汰機(jī)能力要求，生產(chǎn)效率低下。因此，電振給煤機(jī)的給煤量如何保持合理、適中，是跳汰洗煤生產(chǎn)中的一個(gè)較難解決的工藝問題。采用變頻調(diào)速技術(shù)后，利用變頻器和相應(yīng)傳感器的配合使用，可圓滿地解決這一問題。通過傳感器的不斷變化的輸入值，同步修訂變頻器的設(shè)定值，改變變頻頻率輸出，從而改變電振電機(jī)轉(zhuǎn)速，即改變給料機(jī)箱體震動(dòng)頻率，達(dá)到調(diào)整給料量的目的。

4.3 產(chǎn)品質(zhì)量提高在跳汰機(jī)排料系統(tǒng)中的應(yīng)用

選煤廠跳汰機(jī)是“心臟”設(shè)備，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量好壞起至關(guān)重要的作用。跳汰機(jī)分為矸石段、中煤段兩部分，各有配套的排料電機(jī)。跳汰機(jī)生產(chǎn)時(shí)，需要根據(jù)床層厚度及時(shí)調(diào)整排料速度。采用PLC和變頻器對(duì)跳汰機(jī)兩段排料實(shí)施微機(jī)控制，不僅功能齊全，操作方便，而且整個(gè)控制系統(tǒng)工作可靠。其控制方式為：床層厚度采用耐磨球形浮漂及傳感器來反映，其測(cè)量值送入PLC與設(shè)定值進(jìn)行比較，以此信號(hào)作為變頻器調(diào)頻信號(hào)，來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整排料速度的目的。這樣，排料系統(tǒng)工作可靠，床層厚度就更加穩(wěn)定，分選密度相應(yīng)保持穩(wěn)定，也就保證了洗選效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)束語

陽煤五礦小井選煤廠技術(shù)改造中，大量采用了變頻調(diào)速技術(shù)后，取得顯著效果，系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用、電費(fèi)等大大降低，噸煤成本較改造前下降了0.9元左右，年節(jié)約成本100多萬元。實(shí)踐證明，變頻調(diào)速技術(shù)在選煤生產(chǎn)中的應(yīng)用是十分成功的，尤其與PLC程序結(jié)合組成閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，使工藝設(shè)備運(yùn)行方式更趨合理，自動(dòng)化程度更趨提高。

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Abstract:The article introduces the principle of converter and frequency conversion speed adjustment technology and its practice.The result shows that the application in blowers,pumps,jigs and feeders of coal preparing plant can improve the energy saving and make the processing more reasonable.

Key words:AC driving;converter;frequency conversion speed adjustment;coal preparing plant;energy saving

編輯：徐樹文

Application of Frequency Conversion Speed Adjustment Technology in Xiaojin Coal Preparing Plant of No.5 Mine,Yangquan Coal Group

LU Hong-long

(Coal Preparing Department of Yangquan Coal Group,Yangquan Shanxi 045200,China)

TD614

A

1672-5050（2010）09-0064-03

2010-06-17

盧宏龍（1970—），男，山西平定人，本科，工程師，，從事機(jī)電管理工作。