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1 前言
氧化鋁作為電解鋁廠的主要生產(chǎn)原料在我國許多廠家尤其是新建廠中幾乎都是通過超濃相輸送系統(tǒng)供給電解車間的。其主要流程是：貯倉中的氧化鋁經(jīng)過配料計量后加入風動溜槽，之后在配套離心風機提供的高壓風作用下，分別送入各個電解槽上部料箱供電解使用，廢氣則通過溜槽上部的排放口溢出。與其它送料方式相比，這種輸送方式具有設(shè)備磨損極小，壽命長，氧化鋁破損率低，能耗少等優(yōu)點。
蘭州鋁業(yè)股份有限公司超濃相輸送系統(tǒng)共分為三區(qū)，每區(qū)配有9-19№7.1D型高壓風機2臺，風量7376m3/h，壓力11596Pa，所配電機為Y250M-2，額定功率55kw。電解所需全部氧化鋁及80%的氟化鹽通過長約488 m的輸送溜槽分別送入兩個廠房，再經(jīng)過支流槽分別供入76臺電解槽的槽上料箱。風量、風壓調(diào)整則通過風機出口一DN400的蝶閥完成。系統(tǒng)自2001年底投入使用以來，為保證電解用料起到很大的作用。但是由于在系統(tǒng)設(shè)計時，離心風機的風量、風壓通常按為系統(tǒng)中配置的所有電解槽同時供料，并且保證系統(tǒng)供料速度大于消耗速度，再考慮一定的安全裕量來選定。而在實際生產(chǎn)中由于電解槽所處工況不一，多數(shù)情況各電解槽料箱需添加的料量不等，使實際用風量和風壓遠小于設(shè)計值，并要經(jīng)常進行調(diào)整。風量、風壓的調(diào)整又是采用人工控制風機出口蝶閥的開度來實現(xiàn)。在這種運行方式下，電機始終處于全速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，系統(tǒng)用風量也無法根據(jù)系統(tǒng)工況及時調(diào)整，致使系統(tǒng)出現(xiàn)流槽堵塞，料箱排氣不暢，跑料等現(xiàn)象，從而造成打料時間延長，工人勞動強度大，原料浪費，用料無法保證，且浪費能源。
2 應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對風機性能參數(shù)的影響
風機屬平方轉(zhuǎn)矩負載，轉(zhuǎn)速n的變化，將引起電機轉(zhuǎn)矩T和功率P的強烈變化。由流體力學理論可知，在只改變風機轉(zhuǎn)速的條件下，風機流量與其轉(zhuǎn)速一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比：
Q／Q0=n／n0
H／H0=(n／n0)2
P／P0=(n／n0)3
其中Q、H、P、n分別表示風機的流量、壓力、功率和轉(zhuǎn)速，帶有下標 “0”的表示額定工況參數(shù)。
由此可知，在系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，及時調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，風機可以迅速響應(yīng)由于溜槽輸料量的變化引起的風量風壓變化，同時使能耗大為降低。
3 變頻調(diào)速技術(shù)在輸料系統(tǒng)中的應(yīng)用
變頻調(diào)速技術(shù)是通過變頻器將標準的交流電轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電，供給電機并能對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)的裝置。變頻調(diào)速技術(shù)在國內(nèi)經(jīng)過十多年的應(yīng)用推廣，得到了飛速發(fā)展。變頻器已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個行業(yè)，尤其在風機水泵類中顯著促進了節(jié)能改造，改善了生產(chǎn)過程。
3.1 變頻調(diào)速原理
本系統(tǒng)采用現(xiàn)場PID調(diào)節(jié)器控制變頻調(diào)速風機，它具有調(diào)節(jié)精度高，響應(yīng)速度快，設(shè)備穩(wěn)定性好，防護等級高，操作簡單，維護方便等優(yōu)點，在現(xiàn)場運行的實踐中達到了預(yù)期的效果。
其控制結(jié)構(gòu)圖和PID控制框圖見圖1和圖2：
圖1
圖2
變頻調(diào)速裝置在手動狀態(tài)進行調(diào)試，經(jīng)過實踐摸索，確定最佳工作風壓在4500Pa，當全部設(shè)備調(diào)試完畢后轉(zhuǎn)入自動狀態(tài)，變頻器通過采集來自反饋端的壓力測定值，與給定值作比較后送入PID調(diào)節(jié)器，由變頻器自動調(diào)整電機頻率，進而調(diào)整風機轉(zhuǎn)速，控制輸料系統(tǒng)的風量風壓，達到無人值守狀態(tài)下自動穩(wěn)定運行。
3.2 變頻調(diào)速裝置的主要配置及功能
變頻調(diào)速裝置與輸料系統(tǒng)相對應(yīng)，即分為三套，每套配美國AB公司生產(chǎn)的PowerFlex700型變頻器2臺，55kw， 在變頻器柜體內(nèi)還配有PID調(diào)節(jié)器2臺以及空氣開關(guān)、信號隔離器、繼電器、互感器、頻率表等。在風機出口設(shè)有壓力變送器2臺。
變頻調(diào)速裝置設(shè)置的主要功能有：
⑴ 手動自動設(shè)定轉(zhuǎn)換
手動狀態(tài)：人為設(shè)定頻率（根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定）
自動狀態(tài)：根據(jù)反饋值閉環(huán)調(diào)節(jié)
⑵ 面板指示
頻率顯示，電流電壓顯示，運行狀態(tài)顯示，風管壓力設(shè)定值及實際值顯示。
⑶ 報警
變頻器故障報警，料位高低報警。
復位按鈕對變頻器軟故障進行復位。
3.3 注意事項
⑴ 安裝環(huán)境：變頻器的使用環(huán)境溫度一般在0~50℃，因此，一定要考慮通風散熱。
⑵ 預(yù)防干擾：為提高控制系統(tǒng)靈敏度，防電磁波干擾，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)應(yīng)選用金屬外殼屏蔽干擾，所有元器件均應(yīng)可靠接地，連線亦應(yīng)選屏蔽控制電纜。
⑶ 避免共振：為防止電機工作在風機共振點轉(zhuǎn)速區(qū)，應(yīng)設(shè)定變頻器的回避頻率及其寬度值。
4 效果分析
4.1 輸料工藝效果
該控制系統(tǒng)投入運行后，風壓始終保持在恒定的數(shù)值，大大緩解了電解槽料箱跑、漏料的現(xiàn)象，同時大大減少了工人處理因風壓過小、過大造成的溜槽堵塞或排氣箱堵塞的工作量，電解車間缺料現(xiàn)象明顯減少，對穩(wěn)定生產(chǎn)起到明顯效果。
4.2 節(jié)能效果
打料風機變頻控制系統(tǒng)投運前，兩臺55kw離心風機為76臺槽和為1臺槽送料時，電機所消耗的功率大體上是相同的。打料期間，電機始終運行在50HZ，電流平均80A的狀態(tài)下。控制系統(tǒng)投運后，電機運行頻率一般在30HZ，電流平均35A。按功率因數(shù)0.86，每天打料時間5小時，電費0.3元/kwh計算，系統(tǒng)投運前3個區(qū)6臺風機每年的電費為：
1.732×380×80×0.86×5×0.3×6×365=14.87萬元
改造后每年的總電費為：
1.732×380×35×0.86×5×0.3×6×365=6.51萬元
每年節(jié)約電費：8.36萬元
5 結(jié)語
變頻調(diào)速技術(shù)操作維護簡單、調(diào)速范圍廣、控制靈敏準確、響應(yīng)速度快，可確保輸出量隨時與工藝實際工況要求相平衡，拖動電機與負載處于最好的匹配運行狀態(tài)，節(jié)能效果顯著，同時，延長了易損件的使用周期，降低維修費用，具有很好的使用價值和顯著的經(jīng)濟效益。
參考文獻
⑴ 張燕賓. 二次方律負載的節(jié)能問題綜述. 自動化博覽，2004，②.
⑵ 李仁年 陸初覺編. 工程流體力學. 北京：機械工業(yè)出版社，2000
郭克敏，男，1966年2月生，工程師，1989年畢業(yè)于甘肅工業(yè)大學機制專業(yè)。現(xiàn)為該校機械工程碩士研究生，在蘭州鋁業(yè)股份有限公司裝備能源部從事技術(shù)改造及設(shè)備管理工作。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號