基于变频调速技术在太原选煤厂循环泵的技改应用

赵勇刚

（西山煤电集团有限责任公司太原选煤厂， 山西 太原 030023）

引言

太原选煤厂属中央型选煤厂，原设计生产能力为年处理原煤200万t，通过不断实施工艺技术改造，现年处理原煤能力达到450万t，采用跳汰-重介-煤泥浮选联合选煤工艺流程，主要入洗原煤为西铭矿和杜儿坪矿的瘦煤、贫瘦煤，产品为11级瘦精煤。洗选供水系统由循环水池、循环水泵、水箱和输送管网等构成，主要由两台185 kW的循环泵为洗选系统进行动态循环供应水，使用一台备用一台，由于洗选量大，循环泵长期处于高负荷运行状态。

在实际生产过程中，太原选煤厂循环泵的供水量无需按照系统设定进行满负荷输出，仅需通过控制调节阀门来调节流量。因此，阀门节流及管网压力损失大，直接导致电能消耗严重。为了降低循环水泵因阀门调节所导致的管网压力流失，节约电能降低能耗，提升循环泵的工作能效，太原选煤厂基于变频调速技术从变频调速原理、变频节能可行性、变频调速改造设计、应用效果等几方面对洗选供水系统的循环泵进行技改。经技术改造后的变频调速器体现出良好的调速性能和接电效果，有效改善设备运行的安全可靠性，延长设备的使用寿命。太原选煤厂在跳汰机矸石和中煤的排料控制、给煤机给煤量控制、循环泵水量调节和鼓风机风量调节等主要洗选环节使用变频调速器。启动节能降耗，大幅提升太原选煤厂生产质量和效率[1-3]。

1 变频调速工作原理

交流电机转速公式：

式中：f为电机供电频率；p为电机绕组极对数；s为电机转速差。

对交流电机转速公式中f、p、s进行调整，对电机转速差进行调整会造成一定的转差损坏，运行效率也会随之降低，调速范围得到了控制。调整电机极对数使电机的整体结构变得更为复杂，无法顺利完成调速。只有对电源频率进行有效调整，才能将调速的作用全面发挥出来。

2 变频节能的可行性

水泵的Q-H特性曲线遵循一定的规律，即水泵流量—扬程曲线，即Q-H特性曲线图，设定水泵正常工作点为A，如图1所示。

图1 水泵Q-H特性曲线图

当需水量从Q1调至Q2时，采取传统阀门的方式来调节，管网特性曲线变成Q2，随之工作点调到B点，输出的功率是四边形OQ2BH"2的面积，功率无变化且运行效率低。结合实际，选用变频调速装置时，可有效调节电机转速，水泵的性能曲线也会随之变化，当其转速从n1调至n2时，也就是转速下降时，C点则是工作点，此时水泵的输出功率是四边形OQ2CH2的面积，且水泵的效率曲线也会相应变化，发生平移，但仍然运行在高效范围内。上图中阴影部分面积也就是经过变频调速后节省的能耗。

3 变频调速改造设计

太原选煤厂承担西山煤电杜儿坪矿的煤炭洗选任务，洗选工作量大，生产用水都需要及时供应，考虑原有的循环水泵主要采用的是一用一备的供水模式，如果每台水泵都配备变频装置需花费的成本过高，且运行效率低。通过分析研究选择一拖二变频调速装置科学合理，变频控制系统一托二电气原理图如图2所示。

图2 变频控制一托二电气原理图

由图2可知，电源经真空断路器QF1（QF2），经过变频装置进入切换开关QS1（QS2）至变频调速器，再由变频装置输出经过出线开关QS3（QS4）到电动机A（B）。这次改造保留了原先的软启动装置，并与变频器一起对电机进行控制。对变频装置进行检修的过程中，能够手动操作开关，切断主回路电源，确保了工作人员的生命安全；如果变频器出现安全故障，同样可以手动控制开关，将变频装置隔离开，使工频电源正常运行，保障安全、高效生产。

现场实际运行过程中，将阀门开到最大，频率设置为38 Hz可有效调节循环泵的最小扬程，达到太原选煤厂的洗选循环水供应要求。为了保证水量供应的稳定性，在供水期间将回流阀关闭，使用水位闭环控制方式，并在主厂房水箱内壁装上液位感应装置，通过变频器自动调节功能，当水位在预设高度时，变频器频率就会迅速下降，水泵处于低速运行状态；达到高水位时，自动降低转速。同时，将水位信息实时传送至控制柜，便于操作人员及时了解液位变化，保证循环水箱水位保持不变，达到恒量动态平衡[4-5]。

4 效果分析

基于变频技术改造循环水泵，实现了通过变频器来控制电机的转速调节，避免因操作调节挡板、阀门失误，发生的设备机械部件卡死、挡板销子脱落等故障，保证设备的安全可靠运行。同时，由于变频器具有过载、过压和过流保护等功能，当发生设备运行故障时，会及时做出反应，避免运行故障的发生。

循环泵变频改造后的运行频率平均控制在38～42 Hz，经太原选煤厂电气车间对技改前后能耗和相关数据进行统计分析，得出在工作环境相同的情况下测试结果如表1、表2所示。

表1 变频技术改造前测试数据

表2 变频技术改造后测试数据

变频器控制循环水泵前后每小时的耗电量分别是98.53 kWh、68.72 kWh，电流下降约 60 A，节能效果达到32.5%左右。太原选煤厂平均正常生产23 h/d左右。月均开机30 d计算，1a电能消耗节约达20.262 4万kWh，折合25 t标准煤，按平均工业电价0.65元/kWh，年节约电费成本l5万元左右。

5 结论

为解决洗选供水系统的循环泵在运行过程中存在高能耗、低效运行的问题，太原选煤厂采用变频调速技术对循环水泵进行技术改造。基于变频调速技术改造后的循环水泵实现了水泵的流量、扬程随转速的实时变化，满足生产过程中调节流量、扬程技术参数的要求，达到节能降耗的目标，降低故障的发生概率，提高设备的运行稳定性，大幅提升太原选煤厂自动化生产管理水平，太原选煤厂向高效、节能型企业转变，体现出显著的社会与经济价值。