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1 前言
氧化鋁作為電解鋁廠的主要生產原料在我國許多廠家尤其是新建廠中幾乎都是通過超濃相輸送系統供給電解車間的。其主要流程是：貯倉中的氧化鋁經過配料計量后加入風動溜槽，之后在配套離心風機提供的高壓風作用下，分別送入各個電解槽上部料箱供電解使用，廢氣則通過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備磨損極小，壽命長，氧化鋁破損率低，能耗少等優點。
蘭州鋁業股份有限公司超濃相輸送系統共分為三區，每區配有9-19№7.1D型高壓風機2臺，風量7376m3/h，壓力11596Pa，所配電機為Y250M-2，額定功率55kw。電解所需全部氧化鋁及80%的氟化鹽通過長約488 m的輸送溜槽分別送入兩個廠房，再經過支流槽分別供入76臺電解槽的槽上料箱。風量、風壓調整則通過風機出口一DN400的蝶閥完成。系統自2001年底投入使用以來，為保證電解用料起到很大的作用。但是由于在系統設計時，離心風機的風量、風壓通常按為系統中配置的所有電解槽同時供料，并且保證系統供料速度大于消耗速度，再考慮一定的安全裕量來選定。而在實際生產中由于電解槽所處工況不一，多數情況各電解槽料箱需添加的料量不等，使實際用風量和風壓遠小于設計值，并要經常進行調整。風量、風壓的調整又是采用人工控制風機出口蝶閥的開度來實現。在這種運行方式下，電機始終處于全速運轉狀態，系統用風量也無法根據系統工況及時調整，致使系統出現流槽堵塞，料箱排氣不暢，跑料等現象，從而造成打料時間延長，工人勞動強度大，原料浪費，用料無法保證，且浪費能源。
2 應用變頻調速技術對風機性能參數的影響
風機屬平方轉矩負載，轉速n的變化，將引起電機轉矩T和功率P的強烈變化。由流體力學理論可知，在只改變風機轉速的條件下，風機流量與其轉速一次方成正比，壓力與轉速平方成正比，功率與轉速三次方成正比：
Q／Q0=n／n0
H／H0=(n／n0)2
P／P0=(n／n0)3
其中Q、H、P、n分別表示風機的流量、壓力、功率和轉速，帶有下標 “0”的表示額定工況參數。
由此可知，在系統中應用變頻調速技術，及時調整電機轉速，風機可以迅速響應由于溜槽輸料量的變化引起的風量風壓變化，同時使能耗大為降低。
3 變頻調速技術在輸料系統中的應用
變頻調速技術是通過變頻器將標準的交流電轉換成頻率可調的交流電，供給電機并能對電機轉速進行調節的裝置。變頻調速技術在國內經過十多年的應用推廣，得到了飛速發展。變頻器已廣泛應用于國民經濟的各個行業，尤其在風機水泵類中顯著促進了節能改造，改善了生產過程。
3.1 變頻調速原理
本系統采用現場PID調節器控制變頻調速風機，它具有調節精度高，響應速度快，設備穩定性好，防護等級高，操作簡單，維護方便等優點，在現場運行的實踐中達到了預期的效果。
其控制結構圖和PID控制框圖見圖1和圖2：
圖1
圖2
變頻調速裝置在手動狀態進行調試，經過實踐摸索，確定最佳工作風壓在4500Pa，當全部設備調試完畢后轉入自動狀態，變頻器通過采集來自反饋端的壓力測定值，與給定值作比較后送入PID調節器，由變頻器自動調整電機頻率，進而調整風機轉速，控制輸料系統的風量風壓，達到無人值守狀態下自動穩定運行。
3.2 變頻調速裝置的主要配置及功能
變頻調速裝置與輸料系統相對應，即分為三套，每套配美國AB公司生產的PowerFlex700型變頻器2臺，55kw， 在變頻器柜體內還配有PID調節器2臺以及空氣開關、信號隔離器、繼電器、互感器、頻率表等。在風機出口設有壓力變送器2臺。
變頻調速裝置設置的主要功能有：
⑴ 手動自動設定轉換
手動狀態：人為設定頻率（根據經驗設定）
自動狀態：根據反饋值閉環調節
⑵ 面板指示
頻率顯示，電流電壓顯示，運行狀態顯示，風管壓力設定值及實際值顯示。
⑶ 報警
變頻器故障報警，料位高低報警。
復位按鈕對變頻器軟故障進行復位。
3.3 注意事項
⑴ 安裝環境：變頻器的使用環境溫度一般在0~50℃，因此，一定要考慮通風散熱。
⑵ 預防干擾：為提高控制系統靈敏度，防電磁波干擾，柜內儀表和電子系統應選用金屬外殼屏蔽干擾，所有元器件均應可靠接地，連線亦應選屏蔽控制電纜。
⑶ 避免共振：為防止電機工作在風機共振點轉速區，應設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
該控制系統投入運行后，風壓始終保持在恒定的數值，大大緩解了電解槽料箱跑、漏料的現象，同時大大減少了工人處理因風壓過小、過大造成的溜槽堵塞或排氣箱堵塞的工作量，電解車間缺料現象明顯減少，對穩定生產起到明顯效果。
4.2 節能效果
打料風機變頻控制系統投運前，兩臺55kw離心風機為76臺槽和為1臺槽送料時，電機所消耗的功率大體上是相同的。打料期間，電機始終運行在50HZ，電流平均80A的狀態下。控制系統投運后，電機運行頻率一般在30HZ，電流平均35A。按功率因數0.86，每天打料時間5小時，電費0.3元/kwh計算，系統投運前3個區6臺風機每年的電費為：
1.732×380×80×0.86×5×0.3×6×365=14.87萬元
改造后每年的總電費為：
1.732×380×35×0.86×5×0.3×6×365=6.51萬元
每年節約電費：8.36萬元
5 結語
變頻調速技術操作維護簡單、調速范圍廣、控制靈敏準確、響應速度快，可確保輸出量隨時與工藝實際工況要求相平衡，拖動電機與負載處于最好的匹配運行狀態，節能效果顯著，同時，延長了易損件的使用周期，降低維修費用，具有很好的使用價值和顯著的經濟效益。
參考文獻
⑴ 張燕賓. 二次方律負載的節能問題綜述. 自動化博覽，2004，②.
⑵ 李仁年 陸初覺編. 工程流體力學. 北京：機械工業出版社，2000
郭克敏，男，1966年2月生，工程師，1989年畢業于甘肅工業大學機制專業。現為該校機械工程碩士研究生，在蘭州鋁業股份有限公司裝備能源部從事技術改造及設備管理工作。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號