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高压变频器在重介选煤工艺中大型介质泵的应用
 
贵州水城矿业(集团)有限责任公司机电管理部 王祥为

一、前言
  重介选煤因其投资少,建设周期短,洗选深度高,产品质量稳定,经济效益明显等优点,越来越多地被煤炭加工企业所采用。生产过程中,关键设备介质泵能否实现调速运转,使旋流器始终处于合理的工作状态而至关重要。
  贵州水城矿业集团公司2002年度,在汪家寨选煤厂,二塘选煤厂的技改中使用的四台介质泵(介质泵参数详见表一)因工期等原因未配置调速装置。为保证产品质量,只能靠调节进口闸门和分流来满足入口压力的要求。这种方法使得介质泵运行状态变差,泵经常工作在临界状态或非工作区。设备长期满负荷运行,运行振动大,起动时间长,喘振严重,停泵时存在严重的"水锤"作用。工艺设计中,泵出口未设闸门,介质比重大、浓度高、扬程高,泵的工况极差,造成供电设备功耗大、温升偏高。致使设备磨损加大,维修量增加。运行中多次发生泵体机封损坏,轴承损坏,甚至发生过高铬合金叶轮因温度过高炸裂,电机起动过程中绕组端部击穿等现象,对正常生产造成很大影响。要解决这一问题,仅靠切割叶轮外径和改变叶轮规格,用损失富裕扬程的办法,不能有效地提高运行的经济性(一般设计时选择百分之五到百分之十的余量)。因此,只有实现介质泵调速,才能满足工艺的最佳要求。
表1
                   设备参数表
介 质 泵 电 机
厂家 石家庄水泵厂 厂家 湖北电机厂
型号 ST—AH—14/12 型号 Y—500—10
功率 560KW 功率 560KW
流量 1600M3/h 电压 6KV
扬程 55M 电流 69A

二、设备选型
  高压大功率交流鼠笼式异步电机无级调速的方案一般有两种:
    1、变频调速,该方案又分为直接高-高方式和高-低方式。
    2、液力耦合器调速。
  现将该设备的三种方案进行技术经济性比较,以便设备选型。
表2
                  
调速方案比较
比较项目 高-高变频调速 高-低变频调速 液力耦合器调速
初投资比较 较高 较低
安装试运行工期 10天 30天 30天
检修工作量 结构复杂、技术水平高 结构复杂、技术水平高
运行费用 较低
经济技术合理性 较高

  高-低方式变频调速与直接高-高方式相比:工期长,需更换电机、电缆、增设开关柜、变压器等。电气技术不尽合理,初投资较高,因此,适用于较小功率电机。现在老鹰山选煤厂介质泵(250KW,380V)即选择低压变频方案,初投资11万元,选型为成都森兰BT12S系列315KW,电机电压380V,经几年来的运行情况来看是比较可靠的。
  液力耦合器作为介质泵的调速装置,具有以下特点:初投资较少,能吸收冲击和隔离扭振,挠性联接,允许主、从动轴之间有较大的安装误差。但耦合器也具有检修工作量大,调速范围有限,效率较低,启动转距小,传动中有功率损失且日常运行费用高、工期长,电机无法实现软启动等缺点。
  高压变频调速安装工期短,运行费用低,可实现闭环自动控制,技术含量高且故障率低,可实现一拖二运行并有工频旁路,因此,运行可靠性高,这也是煤矿生产的重要条件,另外,该设备起动力矩大,满足工艺要求,适应工况差的环境条件。但这一方案初投资高。
  综合各种因素,因此我们决定使用高压变频器对电机进行调速改造。
  我们对厂家提供的主要参数进行比较,列表3如下:
表3
                高压变频器技术参数比较
比较项目 国外某厂家 北京利德华福
起动力矩 150% 150%
功率因数 >95 >95
效率 ≥95 ≥98
谐波污染 较小
电路形式 三电平 多电平
主要元件 IGBT IGBT
适用电机 变频电机 普通电机
交货期 6个月 100天
主机寿命 10年 15年
报价

三、设备运行情况
  经过方案反复比较,决定选用北京利德华福生产的“高-高”电压源型变频器,型号为HARSVERT-A06/070。
  现将介质泵实际运行数据,ST—AH—14/12泵的特性曲线和比例定律计算结果列表4。
表4
  扬程(M) 频率(赫/秒) 调速器消耗功率(KW) 节省功率(KW)
变频器 60   50 47 12 55
    50 44 23 150
液力偶合器 转速(转/分)    
60 52 585 500 30 40

  入选煤质较差时,变频器选定47赫计算其经济效益如下:
    设备运行时间20h/日,电价按0.40元/kwh计算,年运行300日,年节约电费为:55×0.4×20×300=13.2万元
    减少设备磨损,延长设备使用寿命约4万元/年。
    因变频器可靠性高,减少了维修时间和影响生产时间,保护产品质量,其间接效益更为明显。    入选煤质好时,采用44赫运行时,投资回收期仅二年。

四、结束语
  2003年贵州水城矿业集团公司通过招标,选用了北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器两套,变频器安装后一直投入正常运行,经济技术效果明显,极大地改善了介质泵工况,满足了工艺的要求,实践证明选择该方案是成功的。
  高压大功率异步电机变频器在煤矿介质泵的使用,从现有资料查阅表明,该类型设备系贵州省首家选用,全国同行业首家选用,具有国内先进水平。
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