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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(guó)許多廠家尤其是新建廠中幾乎都是通過(guò)超濃相輸送系統(tǒng)供給電解車(chē)間的。其主要流程是：貯倉(cāng)中的氧化鋁經(jīng)過(guò)配料計(jì)量后加入風(fēng)動(dòng)溜槽，之后在配套離心風(fēng)機(jī)提供的高壓風(fēng)作用下，分別送入各個(gè)電解槽上部料箱供電解使用，廢氣則通過(guò)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(zhǎng)，氧化鋁破損率低，能耗少等優(yōu)點(diǎn)。
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(fēng)機(jī)2臺(tái)，風(fēng)量7376m3/h，壓力11596Pa，所配電機(jī)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(guò)長(zhǎng)約488 m的輸送溜槽分別送入兩個(gè)廠房，再經(jīng)過(guò)支流槽分別供入76臺(tái)電解槽的槽上料箱。風(fēng)量、風(fēng)壓調(diào)整則通過(guò)風(fēng)機(jī)出口一DN400的蝶閥完成。系統(tǒng)自2001年底投入使用以來(lái)，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(jì)時(shí)，離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓通常按為系統(tǒng)中配置的所有電解槽同時(shí)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(lái)選定。而在實(shí)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(shí)際用風(fēng)量和風(fēng)壓遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，并要經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整。風(fēng)量、風(fēng)壓的調(diào)整又是采用人工控制風(fēng)機(jī)出口蝶閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種運(yùn)行方式下，電機(jī)始終處于全速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，系統(tǒng)用風(fēng)量也無(wú)法根據(jù)系統(tǒng)工況及時(shí)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(shí)間延長(zhǎng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，原料浪費(fèi)，用料無(wú)法保證，且浪費(fèi)能源。
2 應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的影響
風(fēng)機(jī)屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，轉(zhuǎn)速n的變化，將引起電機(jī)轉(zhuǎn)矩T和功率P的強(qiáng)烈變化。由流體力學(xué)理論可知，在只改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的條件下，風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的流量、壓力、功率和轉(zhuǎn)速，帶有下標(biāo) “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(shí)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)可以迅速響應(yīng)由于溜槽輸料量的變化引起的風(fēng)量風(fēng)壓變化，同時(shí)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(guò)變頻器將標(biāo)準(zhǔn)的交流電轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電，供給電機(jī)并能對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。變頻調(diào)速技術(shù)在國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)，尤其在風(fēng)機(jī)水泵類(lèi)中顯著促進(jìn)了節(jié)能改造，改善了生產(chǎn)過(guò)程。
3.1 變頻調(diào)速原理
本系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)PID調(diào)節(jié)器控制變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)，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(hù)等級(jí)高，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)踐中達(dá)到了預(yù)期的效果。
其控制結(jié)構(gòu)圖和PID控制框圖見(jiàn)圖1和圖2：
圖1
圖2
變頻調(diào)速裝置在手動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試，經(jīng)過(guò)實(shí)踐摸索，確定最佳工作風(fēng)壓在4500Pa，當(dāng)全部設(shè)備調(diào)試完畢后轉(zhuǎn)入自動(dòng)狀態(tài)，變頻器通過(guò)采集來(lái)自反饋端的壓力測(cè)定值，與給定值作比較后送入PID調(diào)節(jié)器，由變頻器自動(dòng)調(diào)整電機(jī)頻率，進(jìn)而調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，控制輸料系統(tǒng)的風(fēng)量風(fēng)壓，達(dá)到無(wú)人值守狀態(tài)下自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)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(duì)應(yīng)，即分為三套，每套配美國(guó)AB公司生產(chǎn)的PowerFlex700型變頻器2臺(tái)，55kw， 在變頻器柜體內(nèi)還配有PID調(diào)節(jié)器2臺(tái)以及空氣開(kāi)關(guān)、信號(hào)隔離器、繼電器、互感器、頻率表等。在風(fēng)機(jī)出口設(shè)有壓力變送器2臺(tái)。
變頻調(diào)速裝置設(shè)置的主要功能有：
⑴ 手動(dòng)自動(dòng)設(shè)定轉(zhuǎn)換
手動(dòng)狀態(tài)：人為設(shè)定頻率（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定）
自動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)顯示，風(fēng)管壓力設(shè)定值及實(shí)際值顯示。
⑶ 報(bào)警
變頻器故障報(bào)警，料位高低報(bào)警。
復(fù)位按鈕對(duì)變頻器軟故障進(jìn)行復(fù)位。
3.3 注意事項(xiàng)
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(fēng)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(jī)工作在風(fēng)機(jī)共振點(diǎn)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(yùn)行后，風(fēng)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(shí)大大減少了工人處理因風(fēng)壓過(guò)小、過(guò)大造成的溜槽堵塞或排氣箱堵塞的工作量，電解車(chē)間缺料現(xiàn)象明顯減少，對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)起到明顯效果。
4.2 節(jié)能效果
打料風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)投運(yùn)前，兩臺(tái)55kw離心風(fēng)機(jī)為76臺(tái)槽和為1臺(tái)槽送料時(shí)，電機(jī)所消耗的功率大體上是相同的。打料期間，電機(jī)始終運(yùn)行在50HZ，電流平均80A的狀態(tài)下。控制系統(tǒng)投運(yùn)后，電機(jī)運(yùn)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(shí)間5小時(shí)，電費(fèi)0.3元/kwh計(jì)算，系統(tǒng)投運(yùn)前3個(gè)區(qū)6臺(tái)風(fēng)機(jī)每年的電費(fèi)為：
1.732×380×80×0.86×5×0.3×6×365=14.87萬(wàn)元
改造后每年的總電費(fèi)為：
1.732×380×35×0.86×5×0.3×6×365=6.51萬(wàn)元
每年節(jié)約電費(fèi)：8.36萬(wàn)元
5 結(jié)語(yǔ)
變頻調(diào)速技術(shù)操作維護(hù)簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍廣、控制靈敏準(zhǔn)確、響應(yīng)速度快，可確保輸出量隨時(shí)與工藝實(shí)際工況要求相平衡，拖動(dòng)電機(jī)與負(fù)載處于最好的匹配運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)能效果顯著，同時(shí)，延長(zhǎng)了易損件的使用周期，降低維修費(fèi)用，具有很好的使用價(jià)值和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
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⑵ 李仁年 陸初覺(jué)編. 工程流體力學(xué). 北京：機(jī)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(xué)機(jī)制專(zhuān)業(yè)?，F(xiàn)為該校機(jī)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(hào)：11010802023656號(hào)