溢流液输送设备节能改造及应用

溢流液输送设备节能改造及应用

单明,刘恒,高林地,刘鹏

陕西华光实业有限责任公司，陕西渭南  714102

摘要：随着近年来节能环保意识的加强和国家对工业节能政策的推进，越来越多的企业开始注重节能降耗。渣浆泵作为重要的溢流液输送设备，其运行效率和稳定性都对矿山生产影响较大。为了解决渣浆泵的高耗能和低功率问题，我们可以采用永磁电机来替换原交流异步电机，从而实现渣浆泵电机的节能升级，提高其运行效率和稳定性。本文将从采用恒液位控制、永磁同步电机、变频控制系统等方面，介绍溢流液输送设备节能应用。

关键词：溢流液输送设备；永磁同步电机；节能改造

1 改造方案

某选厂浓密机溢流水输送工艺原来使用的90KW渣浆泵，在实际生产中存在着“大马拉小车”的情况，造成能源浪费，90KW的渣浆泵在实际生产平均运行功率为65KW, 为此将依据生产工艺中的实际需求将原90KW交流异步电机更换为75KW的永磁同步电机，系统控制方式由原来的交流异步电机+皮带传动，改造为：恒液位控制+永磁同步电机+高性能矢量变频器+联轴器传动。

1.1 采用恒液位控制

渣浆泵输送的流体物料，其液位会受到物料的影响而不断变化，使得渣浆泵的效率降低。恒液位控制系统可以根据液位的变化自动调整渣浆泵的运行状态，从而保证渣浆泵的连续稳定运行。通过采用恒液位控制系统，可以降低渣浆泵的能耗，并延长渣浆泵的寿命。

在泵池上方安装超声波液位计，增加液位传感器实现基于液位的闭环控制。根据液位计检测的信号，调整渣浆泵转速，保证泵池液位高度稳定在一个恒定值，从而防止抽空和剧烈电流波动对于设备与电网造成的影响。

图1：基于PID控制算法的闭环控制系统

改造后系统运行在液位控制模式下，液位高度设定作为系统给定，液位传感器反馈作为系统反馈，从而构建一套基于 PID 控制算法的闭环控制系统；当液位上升，系统自动增加转速，当液位降低，系统自动减小转速，从而使得液位达到基本稳定。实现了管道不空抽，减小了管道与设备的振动，同时降低系统运行的能耗。通过PID参数的调整，确保在上游来量突然增大的情况下，仍然可以实现整体液位的基本稳定。

1.2 将渣浆泵电机由原交流异步电机更换为效率更高的永磁同步电机

传统的渣浆泵电机采用交流异步电机，存在起动电流大、效率低等问题。永磁同步电机起动电流小、运行稳定，噪音低等特点，能够提升设备的运行效率和稳定性，从结构方面来说，永磁同步电机主要是由转子、端盖及定子组成，它的定子结构与普通感应电机的结构非常相似，不同之处是在转子上面嵌有永磁体磁极，定子通电可产生旋转磁场带动转子旋转；异步电动机的结构也是分为定子、转子及端盖，但是由于异步电动机的定子产生励磁旋转磁场，同时从电源吸收电能，所以它的定子是电枢。工作原理方面：永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流，此时，转子动能转化为电能，永磁同步电机作发电机用；反之，当定子侧通入三相对称电流，由于三相定子在空间位置上相差120度，三相定子电流在空间中产生旋转磁场，转子旋转磁场受电磁力影响运动，将电能转化为转子动能，永磁同步电机作电动机用。交流异步电机是给三相定子绕组通入对称交流电产生旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下产生电磁力作用在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机往旋转磁场的方向转动。

将交流异步电机更换为效率更高的永磁同步电机，永磁同步电机在正常工作时，转子与定子磁场同步运行，转子无感应励磁电流，不存在转子电阻损耗和磁滞损耗，电机温升低，大大提高电机效率,其效率比传统电机提高了10%以上、对于节能降耗具有重要意义。

1.3 增加变频控制系统实现转速的自主调节

渣浆泵的负载变化较大，常规的启停方式会造成设备的寿命损失和能源浪费。为实现渣浆泵自适应调速，需要将变频控制系统加入进来。利用变频控制系统，可以实现渣浆泵的自主调节，从而更好地适应不同的负载要求。同时，采用变频器还可达到节约能源、降低运行成本的目的。

普通电机旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。由电机的极数是固定不变的，另外普通电机的频率为50Hz电压稳定、低压或高压运行，会导致电机燃烧，故普通电机是不能直接调速的。变频电机系统是利用变频器控制电机调速，变频器控制电机调速方法的原理：将输入的交流电转换为直流电：变频器内部的整流电路将输入的交流电转换为直流电，同时电容电路对电流进行滤波，以获得稳定的直流电源。再经过变频器内部的逆变器电路将直流电转换为可变频率的交流电，通过PWM技术产生具有可变频率，占空比的脉冲信号，然后将脉冲信号转换为可变频率的交流电，从而改变电动机定子电源的频率，调节电机转速。实现节能、保护、调速的目的。

1.4 将皮带轮传动更换为联轴器连接

皮带轮传动适用于两根传动装置较长距离的传递方式，联轴器是短距离连接电机和设备的连接方式。

传统渣浆泵采用皮带轮传动连接电机和泵体，存在能量损失大、寿命短、噪音大等问题。改用联轴器连接电机和泵体后，隔振性能明显增强，能减轻震动、提高效率，同时运行噪音大大降低。联轴器连接还能减轻渣浆泵的运行压力，使设备负载得到更好的控制。

2 渣浆泵工艺改造前后效果对比

2.1 连续运行一个月的污水泵能耗数据对比

经过一个月反复调整控制参数PID和现场工艺匹配后，渣浆泵平均运行功率达到48KW。经渣浆泵详细耗能数据见表1、表2。

表1：改造前能耗数据（90KW）

表2 改造后能耗数据（75KW）

2.2 改造前后功率曲线对比

图2：改造前功率曲线图---平均功率约为 65KW

图3：改造后功率曲线---平均功率约为 48KW

3 取得效果

（1）在满足生产工艺需求的条件下，将90KW交流异步电机调整为75KW的永磁同步电机电机，消除了“大马拉小车”的情况，降低能耗。

（2）功率因数提高：交流异步电机功率因数低，是因为电机需要一部分功率来产生磁场，以维持电机的运转，存在着无功功率；永磁同步电机的磁场是磁体产生的，不存在无功功率，只需要从电网中吸取有功功率对外做功即可，因此功率因数得到提高。

（3）取得经济效益方面：（以年运行350天计算）

原设备年总电能为：65×24×350=546000kwh（按照0.60元/kwh计算），年消耗电费：32.76万元，改造后;48×24×350=403200kwh，年消耗电费24.19万元，通过工艺改造，年节约电费8.57万元，节能率达到约27%。

4 结语

综上可知，通过对渣浆泵设备、工艺改造，提升车间工装自动化水平，降低职工劳动强度，积极响应国家碳中和、碳达峰目标，取得了良好效果。