李 輝

(西部礦業(yè)股份有限公司錫鐵山分公司,青海 錫鐵山 816203)

礦山企業(yè)是耗能大戶，很多設(shè)備陳舊落后?！肮?jié)能降耗”已成為我國的基本國策，許多礦山企業(yè)都非常重視高耗能用電設(shè)備的節(jié)能技改工作。礦山的用電設(shè)備主要分為采礦部分和選礦部分，采礦用電設(shè)備包括通風(fēng)風(fēng)機(jī)、排水泵、提升機(jī)和空壓機(jī)等；選礦部分用電設(shè)備主要是破碎機(jī)、傳送帶、球磨機(jī)、提升泵和浮選機(jī)等。針對風(fēng)機(jī)、水泵、提升機(jī)和空壓機(jī)，很多公司都提出了切實(shí)可行的節(jié)能方案，但是針對浮選機(jī)卻一直沒有提出合理的節(jié)能方案。浮選機(jī)是選礦廠的主要設(shè)備，數(shù)量多、總功率大、24h全年不停的運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，我們深入地研究了我公司浮選機(jī)的節(jié)能方法。

1 浮選機(jī)介紹

1.1 功能介紹

礦用浮選機(jī)廣泛用于銅、鉛、鋅、鎳、鉬、金等有色金屬，黑色金屬和非金屬礦物的粗選、精選和掃浮選作業(yè)。其工作原理是：電動機(jī)帶動主軸，使葉輪轉(zhuǎn)動，一面吸入足夠的空氣和礦漿混合物，一方面攪拌礦漿與藥劑混合，同時細(xì)化氣泡，顆粒在藥劑作用下粘附在汽泡上，浮在礦漿表層，形成礦化泡沫層，被刮板刮出。

1.2 系統(tǒng)組成

浮選機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單，包括槽體、葉輪、主軸、電動機(jī)等。槽體是存儲礦漿的容器，設(shè)備型號以容積量來標(biāo)稱。一般有1.2m3、2.8m3、4m3、8m3等。浮選機(jī)的用電設(shè)備為主軸電動機(jī)和刮板電動機(jī)，主軸電動機(jī)占總用電量的90%左右。主軸電動機(jī)通過皮帶帶動浮選機(jī)，皮帶帶動主軸上的葉輪旋轉(zhuǎn)。2～4臺浮選機(jī)組成一組，一組采用一臺刮板電機(jī)帶動。刮板電機(jī)的功率相對較小。

1.3 我公司設(shè)備情況介紹

我公司選礦有四個系列，每個系列有浮選機(jī)30余臺，設(shè)備分為3種型號，SF4型浮選機(jī)共11臺,SF8型浮選機(jī)共9臺和JJF8型浮選機(jī)共10臺。2～4臺浮選機(jī)組成一組，共10組。額定功率合計約為670kW。

SF4型浮選機(jī)：容量4m3；槽體尺寸1850×2050×1200；葉輪直徑650mm；葉輪轉(zhuǎn)速 238r/min； 處理能力0.5～4m3；電機(jī)功率15/1.5kW。

SF8型浮選機(jī)：容量8m3；槽體尺寸2200×2900×1400；葉輪直徑760mm；葉輪轉(zhuǎn)速 191r/min； 處理能力4～8m3；電機(jī)功率30/1.5kW。

JJF8型浮選機(jī)：容量8m3；槽體尺寸2200×2900×1400；葉輪直徑540mm；葉輪轉(zhuǎn)速 233r/min； 處理能力4～10m3；電機(jī)功率22/1.5kW。

1.4 浮選機(jī)運(yùn)行工藝情況

球磨機(jī)的處理量代表了一個選廠的產(chǎn)量。我公司球磨機(jī)處理量為48～57t/h，球磨機(jī)排礦濃度在75±5%。排礦量會在一定范圍內(nèi)波動，球磨機(jī)如果排礦量過大會影響到選礦品位，處理量過小能源和產(chǎn)能浪費(fèi)。所以，球磨機(jī)的排礦量會在一定范圍內(nèi)小幅度波動。浮選液面要保證一定的高度，這樣刮板才能把泡沫刮出。由于球磨機(jī)排礦量會波動，所以浮選機(jī)通過調(diào)節(jié)閘板的高度，來調(diào)節(jié)浮選槽的液面高度。

2 浮選機(jī)特性分析

2.1 浮選機(jī)負(fù)載率分析

筆者選取3組浮選機(jī)測試各浮選機(jī)負(fù)載情況。

(1)第1組，共有4臺浮選機(jī)，測試結(jié)果見表1。

表1 第1組浮選機(jī)測試結(jié)果

(2)第2組，共有4臺浮選機(jī)，測試結(jié)果見表2。

表2 第2組浮選機(jī)測試結(jié)果

(3)第3組，共有3臺浮選機(jī)，測試結(jié)果見表3。

表3 第3組浮選機(jī)測試結(jié)果

由表1～表3可以看出，每組浮選機(jī)第1臺負(fù)載率最高，其他幾臺負(fù)載率相對降低，也保持在80%左右。

浮選機(jī)整體的負(fù)載率較高。第1臺浮選機(jī)不但起到攪拌作用，還有吸漿的作用。所以第1臺負(fù)載率高。

2.2 浮選機(jī)轉(zhuǎn)速與功率特性分析

我們選取第1組最后1臺浮選機(jī)，測試其不同轉(zhuǎn)速下力矩特性。該浮選機(jī)型號JJF8：容量8m3；葉輪轉(zhuǎn)速 233r/min,減速比4.2；處理能力4～10m3；電機(jī)型號Y200-6，電機(jī)功率22kW，額定電流44A，額定電壓380V，額定轉(zhuǎn)速980r/min。

設(shè)備工頻狀態(tài)(50Hz)檢測：運(yùn)行電壓372V，運(yùn)行電流38A，運(yùn)行功率17.78kW，功率負(fù)載率0.81。

我們通過調(diào)節(jié)頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，分別測量95%、90%、85%、80%和66%的速度比。數(shù)值見表4，頻率功率比圖見圖1。

表4 速度比數(shù)值

圖1 頻率功率比圖

通過圖標(biāo)分析轉(zhuǎn)速與功率近似成平方關(guān)系。

2.3 浮選機(jī)轉(zhuǎn)速與力矩特性分析

我們選取第1組最后1臺浮選機(jī)，測試其不同轉(zhuǎn)速下力矩特性，測試數(shù)值見表5。

表5 不同轉(zhuǎn)速下力矩特性數(shù)值

2.4 結(jié) 論

電機(jī)的力矩特性可分為恒轉(zhuǎn)矩、平方轉(zhuǎn)矩、恒功率等。恒轉(zhuǎn)矩為機(jī)械負(fù)載，力矩較硬，像提升機(jī)、空壓機(jī)等都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；風(fēng)機(jī)水泵屬于平方轉(zhuǎn)矩。浮選機(jī)的力矩特性介于恒轉(zhuǎn)矩和平方轉(zhuǎn)矩之間。

3 節(jié)能改造方案的確定

3.1 對浮選設(shè)備節(jié)能的基本要求

根據(jù)我企業(yè)具體情況，我們列出了五項(xiàng)基本的要求。

①在不影響處理量的前提下，節(jié)電設(shè)備應(yīng)大幅度降低原用電設(shè)備(這里指的是礦山浮選機(jī))的電能，節(jié)電量要在10%以上。②在不降低的基礎(chǔ)上，能夠提高原用電設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。③節(jié)能設(shè)備自身的使用壽命長，損耗低，日常維護(hù)量少。同時能夠降低原用電設(shè)備的維護(hù)量。④節(jié)能設(shè)備操作方便、不改變原用電設(shè)備操作工的操作習(xí)慣。操作工在簡單培訓(xùn)后就可以熟練操作。⑤為了滿足未來礦山的發(fā)展需要，節(jié)能設(shè)備容量留有一定的富裕。

3.2 浮選機(jī)節(jié)能方式的選擇

(1)經(jīng)過論證分析，根據(jù)浮選機(jī)電機(jī)的力矩特性，我們采用調(diào)頻調(diào)速的方法對浮選機(jī)主軸電機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。調(diào)頻調(diào)速節(jié)電率能夠達(dá)到要求。

(2)根據(jù)每組浮選機(jī)負(fù)載情況，我們確定針對每組浮選機(jī)第1臺浮選機(jī)不進(jìn)行節(jié)能改造，其他幾臺進(jìn)行節(jié)能改造。第1臺負(fù)載率高，不適于進(jìn)行節(jié)能改造。

(3)根據(jù)球磨機(jī)流量及礦漿濃度在±5%范圍，即10%范圍內(nèi)變化，調(diào)速范圍小于10%。再根據(jù)浮選機(jī)工藝要求，調(diào)速范圍確定為小于等于8%。

(4)浮選機(jī)調(diào)速依據(jù)為浮選機(jī)的閘板開度，閘板開度越大速度越高，閘板開度越小速度越低。

3.3 浮選機(jī)變頻器種類的選擇

目前，國產(chǎn)進(jìn)口等各種變頻器品質(zhì)都能達(dá)到技術(shù)要求。我們選礦廠地處高海拔、變頻器適應(yīng)高原并且熟悉礦山行業(yè)特性。最終選擇芬蘭偉肯公司產(chǎn)品。

3.4 控制方式選擇

(1)采用PLC+通用變頻器方式 控制方式靈活，修改方便，但是成本較高。

(2)采用變頻器+內(nèi)置程序方式 需要技術(shù)水平較高，但是成本較低。

考慮到節(jié)能的效益情況，我們采取第2種方式，芬蘭偉肯公司為我們提供了技術(shù)服務(wù)。

4 節(jié)能設(shè)備運(yùn)行情況

4.1 運(yùn)行情況

我們于2010年6月28日針對我們負(fù)載測試的第1組浮選機(jī)進(jìn)行節(jié)能測試，6月29日安裝完成，6月30日開始測試。安裝節(jié)能設(shè)備針對改組中的第3臺和第4臺。共測試2組，每次24h。

(1)第1組第3臺設(shè)備記錄數(shù)據(jù)，見表6。

表6 第1組第3臺浮選機(jī)記錄數(shù)據(jù)

(2)第1組第4臺設(shè)備記錄數(shù)據(jù),見表7。

表7 第1組第4臺浮選機(jī)記錄數(shù)據(jù)

4.2 小結(jié)

通過變頻節(jié)能設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行，浮選機(jī)的綜合性能都有了大的改善。由于浮選機(jī)低頻起動電流小，降低了起動扭矩，從而保護(hù)了電機(jī)，延長了電動機(jī)使用壽命,同時浮選機(jī)的皮帶、軸承、葉輪的壽命也得以延長。當(dāng)浮選機(jī)電動機(jī)出現(xiàn)過載、缺相、欠壓等故障時，由于變頻器具有上述保護(hù)功能，及時停機(jī)保護(hù)，降低了電機(jī)和其他電器元件的損壞率，從而延長了浮選機(jī)工作壽命。

5 結(jié)束語

浮選機(jī)的節(jié)能改造項(xiàng)目的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了浮選機(jī)的軟起軟停，既解決了電機(jī)的起動沖擊問題，又實(shí)現(xiàn)了浮選機(jī)工況點(diǎn)高效率調(diào)節(jié)，大量節(jié)約了電能，提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性和可靠性。非常值得在礦山選礦系統(tǒng)推廣應(yīng)用。

[1] 張皓，續(xù)明進(jìn)，楊梅，等.高壓大功率交流變頻調(diào)速技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006，8.

[2] 韓安榮，滿永奎，吳成東,等.通用變頻器及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002,9.

[3] 閻治安.電機(jī)學(xué)要點(diǎn)與解題[M].西安:交通大學(xué)出版社,2006,8.