森蘭SB70G變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線中的應(yīng)用
摘要：本文介紹了森蘭SB70G系列變頻器在有色金屬氧化鋁生產(chǎn)線的成功應(yīng)用案例，分析氧化鋁的生產(chǎn)流程并提出了氧化鋁生產(chǎn)對變頻器的要求，詳盡地給出了SB70系列變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線上應(yīng)用的接線方式以及相關(guān)功能的設(shè)置。
關(guān)鍵詞：森蘭SB70變頻器 氧化鋁生產(chǎn)
有色金屬行業(yè)對變頻器的要求較高，森蘭SB70變頻器在該行業(yè)的大面積的成功使用，在國產(chǎn)變頻器中尚屬首次，這標(biāo)志國產(chǎn)變頻器的技術(shù)水平有了極大的提高。在實際應(yīng)用中，森蘭SB70變頻器與國外變頻器相比毫不遜色，在氧化鋁行業(yè)成功地替代了國外品牌變頻器，而且價格要便宜。
一、氧化鋁生產(chǎn)流程
從鋁礬土礦石生產(chǎn)出合格的氧化鋁需要經(jīng)過原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾大個生產(chǎn)流程，按工藝流程的次序組織為原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾大車間，為充分利用母液，再設(shè)置一個蒸發(fā)工序車間。原料車間用以制備粒度、成份比例等指標(biāo)都符合要求的原礦漿；溶出車間通過多級預(yù)熱套管及壓煮器為原礦漿提供高溫、高壓環(huán)境，并保證足夠的溶出時間，以使原礦漿中的氧化鋁成份溶出至鋁酸鈉溶液中。沉降車間通過沉降和多次反向洗滌，將料漿中的粗液及附著堿與各種雜質(zhì)構(gòu)成的赤泥進(jìn)行分離，分離出的粗液經(jīng)葉濾機(jī)過濾后制得精液，再送至分解車間與晶種混合，逐級進(jìn)入各分解槽進(jìn)行降溫、攪拌，以充分析出氫氧化鋁，析出的氫氧化鋁漿液經(jīng)分級后細(xì)料進(jìn)種子過濾制備晶種，粗料送焙燒車間經(jīng)過濾后進(jìn)行高溫焙燒，最終制得成品氧化鋁。蒸發(fā)車間用于對循環(huán)母液進(jìn)行濃縮處理，以除去在流程中進(jìn)入母液中的多余水分，達(dá)到工藝要求的母液濃度。
二、氧化鋁生產(chǎn)對變頻器的要求
整個氧化鋁生產(chǎn)過程對物料的運送由漿泵、進(jìn)料泵、出料泵、母液泵、堿液泵、循環(huán)泵等各種各樣的泵承擔(dān)。生產(chǎn)過程中，物料及反應(yīng)容器的溫度、壓力、配料流量等指標(biāo)的控制非常嚴(yán)格；同時為保證分解槽攪拌等要求不間斷運轉(zhuǎn)設(shè)備的連續(xù)運行，以及隔膜泵、壓煮器等高溫、高壓、高堿設(shè)備和焙燒系統(tǒng)易燃易爆設(shè)備的安全運行，要求對運送物料的各種泵能夠在DCS的控制下變速運行。氧化鋁生產(chǎn)工序比較復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)境差，溫度高，粉塵多，對變頻器的主要要求有：
1、漿泵、進(jìn)料泵、出料泵等的工作介質(zhì)是非常粘稠的礦漿，其負(fù)載特性接近恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。由于某種原因使生產(chǎn)短時停頓，粘稠的礦漿會產(chǎn)生沉降，恢復(fù)生產(chǎn)再次起動時，這些泵的起動力矩非常大，因此要求變頻器有足夠大的起動力矩和較高的過載能力。
2、氧化鋁生產(chǎn)線占地的面積很大，其電氣控制設(shè)備和變頻器均安裝在配電房內(nèi)，大部分的電機(jī)與變頻器的距離在100-300米，要求變頻器的輸出接上100-300米電纜能夠正常工作。
3、變頻器的輸出含有高次諧波，現(xiàn)場使用的變頻器的數(shù)量多，必須考慮諧波對DCS控制系統(tǒng)和現(xiàn)場控制儀表干擾，要求變頻的輸出諧波含量較低，低于國家標(biāo)準(zhǔn)GB12668-2.2002、GB12668-3.2003所要求的諧波含量。
4、氧化鋁生產(chǎn)具有連續(xù)性，生產(chǎn)過程中因某臺設(shè)備故障引起全線停產(chǎn)，將帶來極大的損失，因此，對變頻器的可靠性要求極高。
三、SB70系列變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線上的應(yīng)用
由上可見，氧化鋁生產(chǎn)對變頻器提出了很高的要求，鋁鎂設(shè)計院在做設(shè)計時，都毫無例外地選用ABB、施耐得、西門子、AB等國外變頻器。近幾年來，國產(chǎn)變頻器技術(shù)有了長足的進(jìn)步，轉(zhuǎn)子磁鏈定向無速度傳感器矢量控制已研發(fā)成功，其技術(shù)性能接近國外變頻器先進(jìn)水平，再加上工藝技術(shù)和管理水平的提高，生產(chǎn)出滿足氧化鋁生產(chǎn)線要求的高性能、高可靠的矢量控制變頻器也不是難事，且與國外變頻器比較價格較低，在與國外變頻器競爭中有一定優(yōu)勢。
河南某中外合資氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)，其年生產(chǎn)氧化鋁120萬噸，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，選用希望森蘭變頻器制造有限公司自主開發(fā)的新一代低噪音、高性能、采用轉(zhuǎn)子磁場定向的SB70無速度傳感器矢量控制變頻器，對其生產(chǎn)過程的每一道工序提供變頻調(diào)速（功率從22kW到450kW），共安裝使用78臺，具體使用工位如下表：
變頻器功率（kW） | 設(shè)備名稱 |
450 | 晶種泵 |
250 | 稀釋泵、出料泵、過料泵、蒸發(fā)器進(jìn)料泵、蒸發(fā)器出料泵、外排泵、單極雙吸離心泵、精液泵 |
220 | 泥漿泵、過料泵 |
200 | 礦漿泵、過料泵、蒸發(fā)原液泵、粗液泵 |
160 | 液體堿儲槽/合格堿液泵、合格堿液泵/母液泵、臥式循環(huán)水泵 |
132 | 熱水站洗水泵、料漿調(diào)速泵 |
110 | 溢流泵、過料泵、沉沒式變速泵、中間降溫泵 |
90 | 常壓脫硅配電室循環(huán)泵、沉降送水泵、種分母液泵 |
55 | 強(qiáng)濾液泵、弱濾液泵、母液泵 |
45 | 熱水泵 |
37 | 鹽底流泵 |
22 | 鹽底流泵 |
SB70G系列變頻器為希望森蘭變頻器制造公司自主開發(fā)的新一代低噪音、高性能、可靠性高、功能強(qiáng)大的工程型變頻器，采用轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制方式，實現(xiàn)了對電機(jī)大轉(zhuǎn)矩高精度的控制。其操作面板具有編程、操作、參數(shù)復(fù)制、熱撥插功能，大大方便了操作人員對參數(shù)的修改（僅對一臺變頻器設(shè)置參數(shù)，其它均可進(jìn)行參數(shù)復(fù)制，減少調(diào)試過程中的工作量），速定給定可通過端子切換，減少了外部繁鎖的連接線。瞬時掉電時，通過母線電壓控制，實現(xiàn)不間斷運行；還可根據(jù)負(fù)載特性和環(huán)境溫度，自動調(diào)整載波頻率。
針對氧化鋁生產(chǎn)對變頻器的主要要求，高性能的SB70無速度傳感器矢量控制變頻器1Hz時的轉(zhuǎn)矩可達(dá)200%，無需閉環(huán)運行；考慮到過載因素，在實際應(yīng)用時電動機(jī)的容量會加大一檔，變頻器的容量也適當(dāng)增大；SB70變頻器采用了多種諧波抑制技術(shù)，總諧波含量已低于國家標(biāo)準(zhǔn)。考慮到整個生產(chǎn)線使用變頻器較多，還需要在變頻器的輸入側(cè)加裝輸入電抗器和輸入濾波器，保證在任何情況下都不會對計算控制系統(tǒng)和數(shù)字儀表造成干擾；變頻器輸出電纜的限制距離一般在50米內(nèi)，輸出電纜的長度增加，分布電容和分布電感也相應(yīng)增加，對某次諧波可能會引起震蕩或形成駐波，這將嚴(yán)重影響電動機(jī)的運行。設(shè)計變頻控制系統(tǒng)時在變頻器的輸出側(cè)加裝輸出電抗器或再加輸出濾波器，平抑變頻器輸出的dU/dt尖脈沖。
四、變頻器接線圖及功能設(shè)置
1、接線圖：
變頻器段子功能如下表
序號 | 端子號 | 功能 | 注釋 |
1 | P10 | 近地速度調(diào)節(jié)電源； | |
2 | AI1 | 近地速度給定； | |
3 | AI2 | 集中控制（DCS系統(tǒng)）速度給定； | |
4 | GND | 模擬信號共公地端； | |
5 | FWD | 變頻器啟動/停止； | |
6 | X1 | 模擬電流/電壓切換； | |
7 | COM | 數(shù)字信號地端； | |
8 | TA1 | 繼電器輸出（變頻運行） | 至DCS系統(tǒng) |
9 | TB1 | ||
10 | TA2 | 繼電器輸出（變頻故障） | 至DCS系統(tǒng) |
11 | TB2 |
2、變頻器功能設(shè)置表：
功能碼 | 功能說明 | 備注 |
F0-01=3 | 運行主通道速度給定方式 | 由DCS系統(tǒng)控制 |
F0-02=1 | 運行命令通道選擇 | 外部端子控制 |
F1-00=30 | 加速時間 | |
F1-01=30 | 減速時間 | |
F4-00=42 | 多功能數(shù)字輸入選擇 | 給定頻率通道切換 |
F5-02=1 | T1繼電器輸出功能 | 變頻器運行中 |
F5-02=1 | T2繼電器輸出功能 | 變頻器故障輸出 |
F6-00=2 | 模擬電流輸入 | 由DCS給定速度 |
F6-14=0 | 模擬電流輸入 | 由DCS給定速度 |
F6-15=1 | 模擬電流輸出 | 提供給DCS顯示轉(zhuǎn)速 |
每個工序的變頻器控制原理基本相同，因此只畫一張圖作為代表。另外，工段和工序不同，功能設(shè)置也有一些差別，表中僅列出泥漿泵SB70G220變頻器功能設(shè)置參數(shù)，僅供參考。
五、結(jié)束語
SB70變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線安裝投入運行到現(xiàn)在已近一年，未出現(xiàn)過任何故障，可靠率達(dá)到100%，具有非常高的可靠性，與國外變頻器相比毫不遜色。森蘭SB70在氧化鋁行業(yè)成功地替代了國外品牌變頻器，而且價格要便宜的多，深得用戶的滿意。
變頻器段子功能如下表
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