森蘭SB70G變頻器在氧化鋁生產線中的應用
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線的成功應用案例，分析氧化鋁的生產流程并提出了氧化鋁生產對變頻器的要求，詳盡地給出了SB70系列變頻器在氧化鋁生產線上應用的接線方式以及相關功能的設置。
關鍵詞：森蘭SB70變頻器 氧化鋁生產
有色金屬行業對變頻器的要求較高，森蘭SB70變頻器在該行業的大面積的成功使用，在國產變頻器中尚屬首次，這標志國產變頻器的技術水平有了極大的提高。在實際應用中，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、氧化鋁生產流程
從鋁礬土礦石生產出合格的氧化鋁需要經過原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾大個生產流程，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，再設置一個蒸發工序車間。原料車間用以制備粒度、成份比例等指標都符合要求的原礦漿；溶出車間通過多級預熱套管及壓煮器為原礦漿提供高溫、高壓環境，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構成的赤泥進行分離，分離出的粗液經葉濾機過濾后制得精液，再送至分解車間與晶種混合，逐級進入各分解槽進行降溫、攪拌，以充分析出氫氧化鋁，析出的氫氧化鋁漿液經分級后細料進種子過濾制備晶種，粗料送焙燒車間經過濾后進行高溫焙燒，最終制得成品氧化鋁。蒸發車間用于對循環母液進行濃縮處理，以除去在流程中進入母液中的多余水分，達到工藝要求的母液濃度。
二、氧化鋁生產對變頻器的要求
整個氧化鋁生產過程對物料的運送由漿泵、進料泵、出料泵、母液泵、堿液泵、循環泵等各種各樣的泵承擔。生產過程中，物料及反應容器的溫度、壓力、配料流量等指標的控制非常嚴格；同時為保證分解槽攪拌等要求不間斷運轉設備的連續運行，以及隔膜泵、壓煮器等高溫、高壓、高堿設備和焙燒系統易燃易爆設備的安全運行，要求對運送物料的各種泵能夠在DCS的控制下變速運行。氧化鋁生產工序比較復雜，生產環境差，溫度高，粉塵多，對變頻器的主要要求有：
1、漿泵、進料泵、出料泵等的工作介質是非常粘稠的礦漿，其負載特性接近恒轉矩負載特性。由于某種原因使生產短時停頓，粘稠的礦漿會產生沉降，恢復生產再次起動時，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、氧化鋁生產線占地的面積很大，其電氣控制設備和變頻器均安裝在配電房內，大部分的電機與變頻器的距離在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，現場使用的變頻器的數量多，必須考慮諧波對DCS控制系統和現場控制儀表干擾，要求變頻的輸出諧波含量較低，低于國家標準GB12668-2.2002、GB12668-3.2003所要求的諧波含量。
4、氧化鋁生產具有連續性，生產過程中因某臺設備故障引起全線停產，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線上的應用
由上可見，氧化鋁生產對變頻器提出了很高的要求，鋁鎂設計院在做設計時，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，國產變頻器技術有了長足的進步，轉子磁鏈定向無速度傳感器矢量控制已研發成功，其技術性能接近國外變頻器先進水平，再加上工藝技術和管理水平的提高，生產出滿足氧化鋁生產線要求的高性能、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勢。
河南某中外合資氧化鋁生產企業，其年生產氧化鋁120萬噸，根據生產工藝的要求，選用希望森蘭變頻器制造有限公司自主開發的新一代低噪音、高性能、采用轉子磁場定向的SB70無速度傳感器矢量控制變頻器，對其生產過程的每一道工序提供變頻調速（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） |
設備名稱 |
|
450 |
晶種泵 |
|
250 |
稀釋泵、出料泵、過料泵、蒸發器進料泵、蒸發器出料泵、外排泵、單極雙吸離心泵、精液泵 |
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220 |
泥漿泵、過料泵 |
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200 |
礦漿泵、過料泵、蒸發原液泵、粗液泵 |
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160 |
液體堿儲槽/合格堿液泵、合格堿液泵/母液泵、臥式循環水泵 |
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132 |
熱水站洗水泵、料漿調速泵 |
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110 |
溢流泵、過料泵、沉沒式變速泵、中間降溫泵 |
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90 |
常壓脫硅配電室循環泵、沉降送水泵、種分母液泵 |
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55 |
強濾液泵、弱濾液泵、母液泵 |
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45 |
熱水泵 |
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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的新一代低噪音、高性能、可靠性高、功能強大的工程型變頻器，采用轉子磁場定向的矢量控制方式，實現了對電機大轉矩高精度的控制。其操作面板具有編程、操作、參數復制、熱撥插功能，大大方便了操作人員對參數的修改（僅對一臺變頻器設置參數，其它均可進行參數復制，減少調試過程中的工作量），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，實現不間斷運行；還可根據負載特性和環境溫度，自動調整載波頻率。
針對氧化鋁生產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時的轉矩可達200%，無需閉環運行；考慮到過載因素，在實際應用時電動機的容量會加大一檔，變頻器的容量也適當增大；SB70變頻器采用了多種諧波抑制技術，總諧波含量已低于國家標準。考慮到整個生產線使用變頻器較多，還需要在變頻器的輸入側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和數字儀表造成干擾；變頻器輸出電纜的限制距離一般在50米內，輸出電纜的長度增加，分布電容和分布電感也相應增加，對某次諧波可能會引起震蕩或形成駐波，這將嚴重影響電動機的運行。設計變頻控制系統時在變頻器的輸出側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 |
近地速度調節電源； |
|
|
2 |
AI1 |
近地速度給定； |
|
|
3 |
AI2 |
集中控制（DCS系統）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 |
數字信號地端； |
|
|
8 |
TA1 |
繼電器輸出（變頻運行） |
至DCS系統 |
|
9 |
TB1 | ||
|
10 |
TA2 |
繼電器輸出（變頻故障） |
至DCS系統 |
|
|
|
2、變頻器功能設置表：
|
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 |
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