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半自磨&球磨

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应用背景

在矿山、冶金、钢铁、水泥等行业,半自磨、球磨等设备广泛应用于物料粉磨工艺,对于保障顺产顺行、控制产品质量、提供生产台时、降低单位能耗方面具有关键作用。由于矿石、原料等入磨物料硬度、易磨性、矿石品位等因素的变化,往往需要生产不断调整入磨产量顺应装备工艺需求、满足生产对粉磨品质的需求。这就造成粉磨工艺流程的生产需要以降低生产效率为代价保证生产品质稳定。高压变频调速技术与磨机系统的结合,实现磨机装备工艺可以随生产工艺变化而实时变化的需求;达到稳质稳产,并极大提高和改善粉磨工艺与生产效能之间的价值平衡。

面临的挑战

半自磨、球磨机作为选矿厂粉磨工艺段的重要装备之一,其设备电耗占总体生产能耗的60%及以上。半自磨、球磨机的装备能耗降低及装备工艺优化对选矿厂优化流程、提高产能、降低单位吨电耗水平具有重要意义。如何让磨机变得更智能:实现装备工艺与生产工艺的适时匹配,电气驱动系统更加持久、安全,装备生产对来料性状的适应性更高,对变频技术的应用提出了全新的挑战。

我们的解决方案

面向粉磨领域的磨机系统应用场景,利德华福电气深入研究和理解现场生产工艺流程,融入到产品开发和系统化集成解决方案中,Harsvert系列高压变频器技术方案着重解决以下关键点:
1. 采用系统级中型PLC模块冗余配置、单机独立控制,保证控制的高安全、稳定性;
2. 半自磨、球磨机采用变频二拖二互为备份冗余拖动系统;
3. 半自磨、球磨机均可实现工/变频双向运行在线模式切换;
4. 洗选生产工艺+磨机装备工艺+变频驱动电气工艺关联安全策略;
5. 低速重载磨机专用控制模块负载工艺定制;
6. 2.2Tn零转速起始峰值转矩输出;1.3Pn短时轻过载驱动能力。

给客户的价值

目前,矿山SAB全流程磨机系统变频驱动集成化解决方案:
1. 可提高矿用磨机系统电气安全性及可靠耐久性,改善生产设备可用率;
2. 消除由于孤岛电网或超远距离送电引发的电网波动及启停操作,导致的生产宕机的情况;
3. 生产单位电耗水平可节约20%,磨机衬板及钢球均摊成本降低30%以上;
4. 洗选工艺生产台时提高3%,稳定洗选工艺、改善装备利用率、增强磨机多矿种粉磨适应性、提升产线自动化装备水平、降低磨矿装备能耗等方面发挥了重要作用,为客户能效管理创造持续价值。


海外某年产300万吨铜钴矿三选厂成功案例

一、基本概况

矿山选矿厂建设规模、选矿工艺、装备能力的设计,主要以矿区的地质勘探、矿脉采样等作为重要的设计依据之一。一旦设计确定,一台磨机装备的筒体直径、长度、转速、装机功率等参数就被确定下来。而随着矿区开采年限、矿脉走向、来料地域的不断变化,往往物料的性状、硬度、易磨性、成分含量等指标会与建设之初产生偏离,这就导致生产装备工艺与实际生产工艺之间产生匹配差异。轻者,运行通过调整磨机填充率、球配比、进料粒度,降低产能或牺牲电耗等措施稳定生产。而严重的,则由于来料与设计偏离过大,导致无法正常生产,严重时不仅造成磨机损耗增加,还会造成设备损坏等严重后果。

基于上述存在的现实情况,海外某年产300万吨铜钴矿三选厂在建设之初即联合设计院、装备制造厂等单位进行了全新工艺的优化设计。这不仅为矿区增产预留装备产能空间、提高工艺对未来物料变化的适应性;还为当前实际生产有效控制装备运行功率、快速实现稳质达产、缩短产线投运周期,提供多种技术保障手段。

该选矿厂采用SAB工艺流程配备1台φ6.7×5.636m 可调速半自磨机和1台φ5.8×8.08m 可调速球磨机,系统配备电气参数如下表所示。


负载名称

半自磨机

磨机规格

φ6.7×5.636m

电动机型号

TMWBS 3600-30

(交流无刷励磁同步变频电机)

电动机功率

3600kW

额定电压

11kV

额定电流

196A

额定转速

200rpm

额定频率

50Hz

负载名称

溢流型球磨机

磨机规格

φ5.8×8.08m

电动机型号

TMWBS 4500-30

(交流无刷励磁同步变频电机)

电动机功率

4500kW

额定电压

11kV

额定电流

245A

额定转速

200rpm

额定频率

50Hz


采用变频驱动的磨机系统结构如下图所示。传动系统主要包括:①网侧中压电源开关、②中压变频器、③励磁柜、④无刷励磁电机、⑤电动机、⑥气动离合器等构成。

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二、系统方案介绍

该SAB全流程磨机系统变频驱动集成化解决方案主要包括:磨机变频协调控制系统、二拖二互为备份工/变频双向切换系统、磨机专用高压变频调速系统三部分组成。

1.磨机变频协调控制系统

系统采用“中压变频器+气动离合器”的驱动模式,实现对磨机的平滑起动和运行。磨矿系统正常启动时,变频启动球磨机运行,然后再变频启动半自磨机运行,正常运行时可根据工艺需要独立用变频将两台磨机调速到合适的转速运行,或调整并同步到工频后将变频器进行无扰投切,选择是否投用变频器拖动磨机。

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当正常生产运行过程中,球磨机变频/工频运行故障跳闸停机时,自控系统按工艺联锁条件控制上下游设备运行,其中包括系统半自磨机进料皮带速停,半自磨机延时(约10min)停机。按启动工艺顺序要求,通过半自磨机主变频器拖动球磨机同步(在线)切换至工频电网运行,然后,采用半自磨机主变频器投切启动半自磨机运行。

2.二拖二互为备份工/变频双向切换系统

二拖二互为备份工/变频双向切换系统的主要工作模式包括:半自磨变频+球磨机变频、半自磨变频+球磨机工频、半自磨备用变频+球磨机工频、半自磨工频+球磨机工频,以及半自磨机变频同步切工频、球磨机变频同步切工频、半自磨工频同步切变频、球磨机工频同步切变频。一次电气系统原理如下图所示。

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正常运行时,系统具备如下表多种运行组合模式。当只有一台变频器正常时,优先半自磨变频运行。两台变频需要要检修或变频处于50Hz时,可将半自磨、球磨机同步切换至工频。

运行模式

中压变频器TF01

(球磨机主变频)

中压变频器TF02

(半自磨主变频)

工变频模式切换

步序1

工变频模式切换

步序2

半自磨变频+球磨机变频

 

 

半自磨变频+球磨机工频

×

球磨机变频故障;

操作半自磨变频停机

球磨机备用变频软启同步切工频;

半自磨机变频运行

半自磨备用变频+球磨机工频

×

半自磨变频故障;操作球磨机变频同步切工频

半自磨备用变频软启动

并运行

半自磨工频+球磨机工频

-

球磨机变频退出;

操作半自磨变频停机

球磨机备用变频软启同步切工频;

半自磨变频软启动同步

切工频

半自磨工频+球磨机工频

-

半自磨变频退出;操作球磨机变频同步切工频

半自磨备用变频软启动

同步切工频

半自磨工频+球磨机工频

操作球磨机变频同步

切工频

操作半自磨变频同步

切工频



3.磨机专用高压变频调速系统

相比于面向普通风机、泵类负载应用的通用高压变频调速系统不同,面向磨机应用场景的磨机专用高压变频调速系统在电气驱动性能、磨机装备工艺特性匹配、系统多机互备等功能需求方面,提供专用的控制模块保证变频调速与磨机控制的有机融合。其设备主要技术参数如下表所示。
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三、结束语

高压变频调速技术的引入,使矿山行业的磨机系统能够根据开采年限、矿性等客观因素的变化,从根本上解决磨机系统与生产工艺匹配性的问题。相当于现场采购了一台能够适应矿性变化的多个不同规格的磨机系统。通过改变磨机转速,从而在根本上改变磨机的设计参数适应新的生产工艺需求。在稳定多参量、耦合参数关系的情况下,通过改变磨机转速适应矿性软硬度变化,提高矿料研磨效率。打破原有多变工艺参量调节难于稳定生产的影响,而使得系统生产的调节变动简单可操作。

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