摘要：在磷復(fù)肥的生產(chǎn)過程中介質(zhì)的強腐蝕、易結(jié)垢、易結(jié)晶等特性，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的投用和維護很困難，由此造成磷復(fù)肥生產(chǎn)的自動化水平很難提高。文章介紹了變頻調(diào)速技術(shù)，同時從流體力學(xué)及泵的特性曲線與管路特性曲線兩個方面分析了變頻調(diào)速器的節(jié)能原理，并給出了變頻調(diào)速器在磷復(fù)肥生產(chǎn)中的實際應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：科技期刊論文發(fā)表,變頻調(diào)速器,磷復(fù)肥生產(chǎn),調(diào)節(jié)閥,變頻調(diào)速技術(shù),節(jié)能原理

　　在磷復(fù)肥的生產(chǎn)過程中，為了保證產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量，減輕操作人員的勞動強度，需要對溫度、壓力、流量、物位等參數(shù)進行自動控制。傳統(tǒng)的自動控制通過調(diào)節(jié)閥門的開度進行控制。這類控制使得風(fēng)機、泵類等設(shè)備大部分時間處于非滿負荷運行，造成大量能量的浪費。同時在磷復(fù)肥的生產(chǎn)過程中介質(zhì)的強腐蝕、易結(jié)垢、易結(jié)晶等特性，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的投用和維護很困難，由此造成磷復(fù)肥生產(chǎn)的自動化水平很難提高。采用變頻調(diào)速器對風(fēng)機、泵類進行控制，不僅節(jié)約了能量，而且提高了控制系統(tǒng)的控制精度和可調(diào)比，提高了磷復(fù)肥生產(chǎn)的自動化水平。

　　1 變頻調(diào)速技術(shù)

　　在交流異步電動機的各種調(diào)速方法中，變頻調(diào)速性能優(yōu)良，效率高。通過對電動機進行變頻調(diào)速改造，可以降低系統(tǒng)能耗、優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能，同時節(jié)約資源，減少環(huán)境污染、優(yōu)化工作環(huán)境等，具有良好的社會經(jīng)濟效益。變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)電效果、優(yōu)良的調(diào)速性能以及廣泛的適用性、系統(tǒng)的安全可靠性和延長設(shè)備使用壽命等優(yōu)點而成為現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的一個主要發(fā)展方向。

　　變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是通過改變輸入到交流電機的電源頻率調(diào)節(jié)交流電動機的輸出轉(zhuǎn)速。異步交流電動機的輸出轉(zhuǎn)速與輸入頻率的關(guān)系如下：

　　式中：

　　n――電動機的輸出轉(zhuǎn)速

　　f――輸入電動機的電源頻率

　　s――電動機的轉(zhuǎn)差率

　　p――電動機的極對數(shù)

　　電動機一旦購買，轉(zhuǎn)差率s、極對數(shù)p均不可變，只有改變輸入電動機的電源頻率f，才可改變電動機的輸出轉(zhuǎn)速n。

　　2 變頻調(diào)速器的節(jié)能原理

　　在磷復(fù)肥的生產(chǎn)過程中多使用離心泵輸送液體。當采用調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)泵流量時，電機的輸出功率會被大量消耗在調(diào)節(jié)閥的截留過程中。當采用變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)流量時，根據(jù)流體力學(xué)理論可知：

　　即泵的流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比，揚程H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比。因此可得出各項數(shù)據(jù)如表1所示：

　　表1 流量、轉(zhuǎn)速、揚程、功率的相對關(guān)系

　　流量(Q) 轉(zhuǎn)速(n) 揚程(H) 功率(P)

　　100 100 100 100

　　90 90 81 72.9

　　80 80 64 51.2

　　70 70 49 34.3

　　60 60 36 21.6

　　50 50 25 12.5

　　由表1可知：當流量減少到80%時，轉(zhuǎn)速下降到80%，揚程下降到64%，功率下降到51.2%;當流量減少到50%時，轉(zhuǎn)速下降到50%，揚程下降到25%，功率下降到12.5%，可節(jié)約87.5%的能量。

　　從離心泵的特性曲線和管路特性曲線可知，兩條曲線的交點，即為離心泵的工作點。在該點，泵的效率最高。當工藝要求流量、壓力發(fā)生變化時，就需要改變工作點。改變工作點的方法有兩種：一是改變管路特性曲線;二是改變泵的特性曲線。通過改變管路特性來改變工作點，是通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度來實現(xiàn)流量的控制，從而改變工作點。該方法人為增大管路阻力，使相當一部分電能轉(zhuǎn)換為機械能消耗在調(diào)節(jié)閥閥芯的阻力上，浪費大量電能。通過改變泵的特性曲線，是通過變頻器來改變泵的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)流量的控制，從而改變工作點。該方法節(jié)省了能量。具體分析如下。

　　離心泵的流量(Q)與揚程(H)的特性方程如圖1所示：

　　圖1 離心泵特性曲線

　　圖中n1表示離心泵在額定轉(zhuǎn)速為n1時的特性曲線，n2表示離心泵降速運行在n2時的特性曲線，S1表示未采用調(diào)節(jié)閥的管路特性曲線，S2表示采用調(diào)節(jié)閥管路特性曲線。Q1、Q2、H1、H2分別表示在兩種工況下的流量、壓力。由圖1可知，在額定轉(zhuǎn)速n1和未采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量時，離心泵的功率正比于AH1OQ1所圍面積。當工況發(fā)生變化時，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量時，離心泵功率正比于BH3OQ2所圍面積，而采用變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)流量時，離心泵功率正比于CH2OQ2所圍面積。由此可知，采用變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)，可以節(jié)約能量。變頻調(diào)速器節(jié)能主要由兩部分組成：一部分是節(jié)約用來克服調(diào)節(jié)裝置阻力而損失的能耗;另一部分是克服因阻力調(diào)節(jié)而引起的風(fēng)機或泵的效率減小而造成的能耗損失。

　　3 變頻調(diào)速器在磷復(fù)肥生產(chǎn)中的實際應(yīng)用

　　磷復(fù)肥的生產(chǎn)過程的介質(zhì)具有強腐蝕性、易結(jié)垢、易結(jié)晶等特性，采用調(diào)節(jié)閥或閥門，會使閥前管道結(jié)垢堵塞更嚴重。若采用變頻調(diào)速器取代調(diào)節(jié)閥，避免與工藝介質(zhì)直接接觸，具有無腐蝕、無沖蝕等優(yōu)點，同時簡化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了控制系統(tǒng)的控制精度和可調(diào)比。

　　3.1 6×104t/a半水-二水濕法磷酸流量、流位等14個調(diào)節(jié)回路改用變頻調(diào)速器

　　該公司引進挪威羅什海角公司的生產(chǎn)工藝，原設(shè)計全部采用費希爾公司生產(chǎn)的氣動調(diào)節(jié)閥進行參數(shù)控制。因介質(zhì)腐蝕性大，易結(jié)垢、堵塞、摩擦大，造成調(diào)節(jié)閥維護工作量大，管道堵塞嚴重，造成調(diào)節(jié)閥維護工作量大、管道堵塞嚴重。用變頻調(diào)速器替代調(diào)節(jié)閥后，生產(chǎn)控制良好，維護管理費用大幅度降低。PID參數(shù)的整定采用智能調(diào)節(jié)器的專家自整定功能或人工湊試法整定。改用變頻調(diào)速器后，該裝置的清管周期由原來的3天延長為7天，產(chǎn)量由1×104t/a提高到7.5×104t/a，每噸磷酸消耗磷礦由4.2t降為3.7t，硫酸消耗由3.2t降為2.6t，儀表的備件消耗由37萬元/年降為13萬元/年。

　　圖2 磷酸裝置調(diào)節(jié)回路的改造

　　3.2 2.4×105t/a DAP裝置、1×105t/a NPK裝置的流量控制回路

　　該公司引進西班牙英殼兒公司管式反應(yīng)器，并在后期修改了英殼兒公司的初始設(shè)計，將進管式反應(yīng)器的磷酸和預(yù)中和槽進造粒機的DAP料漿流量調(diào)節(jié)閥改為變頻調(diào)速器控制，生產(chǎn)的產(chǎn)品成分穩(wěn)定，粒度均勻，色澤較好。PID參數(shù)整定為比例放大倍數(shù)Kc=0.5，積分時間I=10s，微分時間D=3s。

　　圖3 DAP、NPK裝置的流量控制回路

　　4 結(jié)語

　　在磷復(fù)肥的生產(chǎn)過程中，采用變頻調(diào)速器替代調(diào)節(jié)閥，可以節(jié)省能源，簡化控制操作系統(tǒng)，減少儀表的使用量，提高磷復(fù)肥生產(chǎn)的自動化水平。直接和間接的經(jīng)濟效益非常顯著，有必要在磷復(fù)肥生產(chǎn)裝置中大力

　　推廣。

　　參考文獻

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　　作者簡介：胡嘉偉(1973-)，男，湖北武漢人，貴州開磷集團礦肥有限公司工程師，研究方向：電子技術(shù)。