玉溪矿业大红山铜矿浮选机节能方案探讨.doc

玉溪矿业大红山铜矿浮选机节能探讨

玉溪大红山铜矿机电一体化大专班

潘翔
2010年10月

【为了实现节能减排，响应国家号召，本文对云铜集团玉溪矿业有限公司大红山铜矿的浮选机进行调查，根据设备的具体工艺情况，分析比较各种可能的技术方案，确定了采用变频技术的最佳解决方案。通过对改造前后浮选机运行情况的对比分析，得出改造后电能消耗大幅度降低、提高了浮选工艺水平的结论。】
摘要
“节能减排”出自于我国“十一五”规划纲要。“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20％左右、主要污染物排放总量减少10％。这是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是维护中华民族长远利益的必然要求。
矿山企业是耗能大户，很多设备陈旧落后。许多矿山企业都非常重视高耗能用电设备的节能技改工作。云铜集团玉溪矿业大红山铜矿的用电设备主要分为采矿部分和选矿部分，采矿用电设备包括通风风机、排水泵、提升机和空压机等；选矿部分用电设备主要是破碎机、传送带、球磨机、提升泵和浮选机等。针对风机、水泵、提升机和空压机，大红山铜矿都提出了切实可行的节能整改方案，但是针对浮选机却一直没有提出合理的节能方案。
浮选机是大红山铜矿选厂的主要用电设备，数量多、功率大、24h全年不停的运转，为了实现节能减排，响应国家号召，本文对云铜集团玉溪矿业有限公司大红山铜矿的浮选机进行调查，根据设备的具体工艺情况，分析比较各种可能的技术方案，确定了采用变频技术的最佳解决方案。通过对改造前后浮选机运行情况的对比分析，得出改造后电能消耗大幅度降低、提高了浮选工艺水平的结论。

关键词：大红山铜矿；浮选机；节能减排
第1章 大红山铜矿浮选机介绍
1.1 浮选机介绍
1.1.1功能介绍
矿用浮选机广泛用于铜、铅、锌、镍、钼、金等有色金属，黑色金属和非金属矿物的粗选、精选和扫浮选作业。其工作原理是：电动机带动主轴，使叶轮转动，一面吸入足够的空气和矿浆混合物，一方面搅拌矿浆与药剂混合，同时细化气泡，颗粒在药剂作用下粘附在汽泡上，浮在矿浆表层，形成矿化泡沫层，被刮板刮出。
1.1.2系统组成
浮选机结构比较简单，包括槽体、叶轮、主轴、电动机等。槽体是存储矿浆的容器，设备型号以容积量来标称。一般有1.2m3、2.8m3、4m3、8m3等。浮选机的用电设备为主轴电动机和刮板电动机，主轴电动机占总用电量的90%左右。主轴电动机通过皮带带动浮选机，皮带带动主轴上的叶轮旋转。2～4台浮选机组成一组，一组采用一台刮板电机带动，刮板电机的功率相对较小。
1.1.3大红山铜矿浮选机情况介绍
大红山铜矿选矿有四个系列，每个系列有浮选机12台，设备分为3种型号，SF4型浮选机共21台，SF8型浮选机共9台和JJF8型浮选机共18台。2～5台浮选机组成一组，共10组。额定功率合计约为670kW。SF4型浮选机：容量4m3；槽体尺寸1850×2050×1200;叶轮直径650mm;叶轮转速238r/min；处理能力0.5～4m3；电机功率15/1.5kW；SF8型浮选机：容量8m3；槽体尺寸2200×2900×1400；叶轮直径760mm;叶轮转速191r/min；处理能力4～8m3；电机功率30/1.5kW；JJF8型浮选机：容量8m3；槽体尺寸2200×2900×1400；叶轮直径540mm;叶轮转速233r/min；处理能力4～10m3；电机功率22/1.5kW。
1.1.4浮选机运行工艺情况
球磨机的处理量代表了一个选厂的产量。大红山铜矿选厂球磨机处理量为48～57t／h，球磨机排矿浓度在75±5%。排矿量会在一定范围内波动，球磨机如果排矿量过大会影响到选矿品位，处理量过小能源和产能浪费。所以，球磨机的排矿量会在一定范围内小幅度波动。浮选液面要保证一定的高度，这样刮板才能把泡沫刮出。由于球磨机排矿量会波动，所以浮选机通过调节闸板的高度，来调节浮选槽的液面高度。
1.2 浮选机特性分析
1.2.1浮选机负载率分析
笔者选取3组浮选机测试各浮选机负载情况。
（1）第1组，共有4台浮选机，测试结果见表1。
表1  第1组浮选机测试结果

（2）第2组，共有4台浮选机，测试结果见表2。
表2  第2组浮选机测试结果

（3）第3组，共有3台浮选机，测试结果见表3。
表3  第3组浮选机测试结果

由表1～表3可以看出，每组浮选机第1台负载率最高，其他几台负载率相对降低，也保持在80%左右。
浮选机整体的负载率较高。第1台浮选机不但起到搅拌作用，还有吸浆的作用。所以第1台负载率高。
1.2.2浮选机转速与功率特性分析
我们选取第1组最后1台浮选机，测试其不同转速下力矩特性。该浮选机型号JJF8：容量8m3；叶轮转速233r／min，减速比4.2；处理能力4～10m3；电机型号Y200－6，电机功率22kW，额定电流44A，额定电压380V，额定转速980r／min。
设备工频状态(50Hz)检测：运行电压372V，运行电流38A，运行功率17.78kW，功率负载率0.81。
我们通过调节频率来调节电机转速，分别测量95%、90%、85%、80%和66%的速度比。频率功率比图见表4。
表4  频率功率比图

通过图标分析转速与功率近似成平方关系。
1.2.3浮选机转速与力矩特性分析
我们选取第1组最后1台浮选机，测试其不同转速下力矩特性，测试数值见表5。
表5  不同转速下力矩特性数值

1.2.4结论
电机的力矩特性可分为恒转矩、平方转矩、恒功率等。恒转矩为机械负载，力矩较硬，像提升机、空压机等都属于恒转矩负载；风机水泵属于平方转矩。浮选机的力矩特性介于恒转矩和平方转矩之间。
第二章 节能改造方案的确定
2.1 对浮选设备节能的基本要求
根据大红山铜矿具体情况，我认为节能减排应该达到下列五项基本的要求。
（1）在不影响处理量的前提下，使用节电设备应大幅度降低原用电设备（这里指的是选厂的浮选机）电能，节电量要在10%以上；
（2）在不降低产量的基础上，不影响生产正常进行的情况下，能够提高原用电设备的安全性和稳定性；
（3）增加节能设备的使用，节能设备自身的使用寿命长，损耗低，日常维护量少。同时能够降低原用电设备的维护量；
（4）节能设备操作方便、不改变原用电设备操作工的操作习惯。操作工在简单培训后就可以熟练操作；
（5）为了满足未来大红山铜矿的发展需要，节能设备容量要留有一定的发展空间。
2.2 浮选机节能方式的选择
（1）经过论证分析，根据浮选机电机的力矩特性，我们采用调频调速的方法对浮选机主轴电机进行节能改造。调频调速节电功率能够达到要求。
（2）根据每组浮选机负载情况，我们确定针对每组浮选机第1台浮选机不进行节能改造，其他几台进行节能改造。第1台负载率高，不适于进行节能改造。
（3）根据球磨机流量及矿浆浓度在±5%范围，即10%范围内变化，调速范围小于10%，再根据浮选机工艺要求，调速范围确定为小于等于8%。
（4）浮选机调速依据为浮选机的闸板开度，闸板开度越大速度越高，闸板开度越小速度越低。
2.3 浮选机变频器种类的选择
新型通用变频器为更好地发挥变频调速控制技术的独特功能，并尽可能满足现场控制的需要，派生了许多专用机型如风机水泵空调专用型、起重机专用型、恒压供水专用型、交流电梯专用型、纺织机械专用型、机械主轴传动专用型、电源再生专用型、中频驱动专用型、机车牵引专用型、单相变频器等。目前，国产进口等各种变频器品质都能达到技术要求。我们选矿厂地处高海拔、变频器适应高原并且熟悉矿山行业特性，最终选择芬兰伟肯公司产品。
2.4 控制方式选择
采用PLC＋通用变频器方式控制方式灵活，修改方便，但是成本较高。通用变频器除了发展单机的数字化、智能化、多功能化外，还向集成化、系统化方向发展。如西门子公司提出的集通讯、设计和数据管理三者于一体的“全集成自动化”（TIA）平台概念，可以使变频器、伺服装置、控制器及通讯装置等集成配置，甚至自动化和驱动系统、通讯和数据管理系统都可以像驱动装置通常嵌入“全集成自动化”系统那样进行，目的是为用户提供最佳的系统功能。
第三章 节能设备运行情况
3.1 运行情况
我于2012年6月28日针对我们负载测试的第1组浮选机进行节能测试，6月29日安装完成6月30日开始测试。安装节能设备针对改组中的第3台和第4台。共测试2组，每次24h。
（1）第1组第3台设备记录数据，见表6。
表6  第1组第3台浮选机记录数据

（2）第1组第4台设备记录数据，见表7。
表7  第1组第4台浮选机记录数据

3.2 测试小结
通过变频节能设备的实际运行，浮选机的综合性能都有了大的改善。由于浮选机低频起动电流小，降低了起动扭矩，从而保护了电机，延长了电动机使用寿命，同时浮选机的皮带、轴承、叶轮的寿命也得以延长。当浮选机电动机出现过载、缺相、欠压等故障时，由于变频器具有上述保护功能，及时停机保护，降低了电机和其他电器元件的损坏率，从而延长了浮选机工作寿命。
采用变频调速技术是节能降耗、改善控制性能、提高产品产量和质量的重要途径，已在应用中取得了良好的应用效果和显著的经济效益。我们知道，提高效率主要有两个重要途径：第一个途径是通过变频调速技术及其优化控制技术实现“按需供能”，即在满足生产机械速度、转矩和动态响应要求的前提下，尽量减少变频装置的输入能量； 第二个途径则是将由生产机械中储存的动能或势能转换而来的电能及时地、高效地“回收”到电网，即通过有源逆变装置将再生能量回馈到交流电网，在这个途径中既可以节能降耗，又可以实现电动机的精确制动，提高电动机的动态性能。 通用变频器大都为电压型交—直—交变频器，三相交流电首先通过二极管可控硅整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽，所以在工业中获得广泛应用。

第四章 结束语
我国人均自然资源、能源占有水平较低，科技创新是节约能源资源、保护环境的主要出路和有力支撑。要实现经济又好又快发展，必须将生产与环境保护结合起来，实现经济发展的良性循环。为此，要加快节能环保技术进步，积极推进以节能减排为主要目标的设备更新和技术改造，引导企业采用有利于节能环保的新设备、新工艺、新技术。
矿山企业必须重视科技创新与技术改造，不断淘汰落后技术设备与落后产能，自主研制并尽可能采用世界先进技术、工艺和设备，不断提高企业生产能力和生产效率。
大红山铜矿浮选机的节能改造项目的成功应用，实现了浮选机的软起软停，既解决了电机的起动冲击问题，又实现了浮选机工况点高效率调节，大量节约了电能，提高了设备运转的安全性和可靠性。非常值得在矿山选矿系统推广应用。