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)定在較佳值范圍內(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，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)。通常通過改變閥門的開度改變泵的工況點(diǎn)，達(dá)到改變流量與揚(yáng)程的目的。閥門調(diào)節(jié)有以下弊端：⑴ 節(jié)流損失的能耗大，閥門磨損嚴(yán)重，雖然初期投資小，但后期維修量大；⑵閥門調(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)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、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。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、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，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（分別打開出口氣動(dòng)閥門與進(jìn)口氣動(dòng)閥門）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)高壓隔離開關(guān)K1、K2、K3，當(dāng)K1、K2閉合，K3斷開時(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)線開關(guān)柜設(shè)置連鎖，當(dāng)上級(jí)進(jìn)線開關(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)跳開上級(jí)開關(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?？偟膩?lái)說，介質(zhì)泵變頻改造后有以下好處：
（1）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RS485和RS232接口與DCS系統(tǒng)通訊，并通過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、開關(guān)量等信號(hào)，包括變頻器輸入、輸出的模擬量、開關(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。
（3）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)在閥門全開，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。
（4）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。
（5）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。
（6）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。