中國是全球比較大的有色金屬生產和消費國，十種有色金屬總產量已連續多年位居世界第一。有色金屬行業是我國七大工業耗能大戶之一，節能減排工作既是有色金屬行業的責任和義務，也是有色金屬行業淘汰落后工藝，制止盲目投資和低水平重復建設，促進行業健康發展的必然要求。近年來，通過政策引導、技術改造、設備更新、結構調整，有色金屬行業主要產品單位能耗大幅下降，一些主要的技術經濟指標接近或達到世界先進水平，大大提高了我國有色金屬工業的國際競爭力。
　　【有色金屬行業節能潛力分析】
　　中國有色金屬礦產資源的特點是小礦多、大礦少；貧礦多、富礦少；共生礦多、單一礦少；由此造成選冶流程長，工藝復雜，直接導致能耗高、水耗大、污染物排放量大，其中尤以電解鋁、海綿鈦能耗為比較高。盡管比較近我國主要有色金屬單位產品綜合能耗呈現總體下降趨勢，但目前平均每噸有色金屬綜合能耗與國際先進水平相比，仍然存在較大差距。2010年，我國有色金屬行業耗能量占全國能源消耗總量的2.8%左右。
　　2012年，工業和信息化部發布了《有色金屬工業“十二五”發展規劃》，強調“十二五”時期有色金屬要控制總量，加大節能減排。10種有色金屬產量控制在4600萬噸左右，年均增長率為8%；銅、鉛、鎂、電鋅冶煉綜合能耗分別降到300千克標煤/噸、320千克標煤/噸、4噸標煤/噸和900千克標煤/噸及以下，電解鋁直流電耗、全流程海綿鈦電耗分別降到12500千瓦時/噸和25000千瓦時/噸及以下。
　　有色金屬企業的門類繁多，使用的電機也很多，利用變頻技術調速可減少能耗。據調查，在氧化鋁、電解鋁、冶煉鋅、冶煉銅等有色金屬企業的風機、泵類負載數量多，使用也普遍。使用變頻器后，節能率在30%左右，根據工況，一般情況下投資回收期比較短不到一年，比較長不到三年。

    　　【森蘭有色金屬行業應用典型解決方案】
　　應用解決方案一、森蘭690v850kw變頻器在隔膜泵上的應用
　一、概述
　　隔膜泵，也叫氣動雙隔膜泵或氣動泵，是一種新型輸送機械，是目前國內比較新穎的一種泵類，采用壓縮空氣為動力源。對于各種腐蝕性液體，帶顆粒的液體，高粘度、易揮發、易燃、劇毒的液體，均能予以抽光吸盡。隔膜泵其有四種材質：塑料、鋁合金、鑄鐵、不銹鋼。隔膜泵根據不同液體介質分別采用丁腈橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚四六乙烯，以滿足不同生產工藝的需要。隔膜泵既能抽送流動的液體，又能輸送一些不易流動的介質，具有自吸泵、潛水泵、屏蔽泵、泥漿泵和雜質泵等輸送機械的許多優點。
　　隔膜泵已經在石油、化工、有色金屬、食品、電子、陶瓷、紡織等行業應用，安裝在各種特殊場合，用來抽取各種常規泵不能抽吸的介質。隔膜泵發展的應用潛力，還不為很多人所知。隔膜泵正逐步侵入其他泵的市場，并占有其中的一部分。如：油漆、涂料等精細化工行業和陶瓷業中隔膜泵已占有絕對的主導地位，而在其他的一些行業中，像環保、廢水處理、建筑、排污等行業中正在擴大它的市場份額，并具有其他泵不可替代的地位。
　　二、隔膜泵的工作原理：
　　隔膜泵靠壓縮空氣驅動。定向空氣分配閥和導向閥，稱為“氣室”，都設置在泵的中心部位。介質流動通過兩個匯流管和外隔膜室，稱為“介質室”。通常止回閥(球型或片型)都設置在每個外隔膜室的頂部或底部或共用一個匯流管。這兩個外隔膜室靠吸口和出口接頭連接起來，泵是自吸的。
　　在操作中，空氣分配閥交替控制隔膜的增壓。在每次沖程后，閥將自動變換位置，使空氣得以切換至另一隔膜室，使兩邊隔膜室形成交替的吸液和壓送沖程，隔膜在平行路徑里移動，空氣閥無潤滑油需求，這就是首選的運行方式，潔凈、干燥的空氣更能提高泵的性能。
　　介質通過隔膜泵時，止回閥一開一關，這使得每個外隔膜室交替地填充和排出，止回閥對壓力差做出反應。球閥止回閥可處理含小顆粒的介質，而片閥止回閥可以處理含接近管徑尺寸大小軟顆粒的介質。
　　當空氣分配閥讓壓縮空氣進入左隔膜室，隔膜受壓往外推出，而形成壓送沖程，在壓送部內的介質即受力離開左面外隔膜室、止回閥、匯流管，而后由泵的出口流出，排出口位置可以是頂部、底部、或側面。當左隔膜室受壓推出時，隔膜連接桿在內部拖動右隔膜向內縮回止回閥充滿流體，在這一循環動作完成后，空氣分配閥將自動地變換位置，使空氣切換至另一隔膜室，反向重復上述循環動作，即兩邊隔膜室將因此呈現交替性的壓送及吸收液動作。
　　三、氧化鋁行業對隔模泵傳動系統的要求
　　生產氧化鋁的前端工序是先將鋁礬土粉碎制成原礦漿，將合格的原礦漿通過隔膜泵（喂料泵）送至高壓溶出器，在高壓溶出器中，在一定的外部條件作用下，溶出鋁土礦中的氧化鋁得到鋁酸鈉。當溶出時間一定時，溶出速度越快，氧化鋁的溶出率就越高，產能越大。但溶出反應需在一定條件下進行，要保證氧化鋁的高溶出率，就要保證各種物料的相對平衡，在其他條件相對變化的情況下，要求料漿泵的喂料量也發生相應的調整，這樣才能優化生產工藝指標，進而優化氧化鋁生產的技術經濟指標。為實現生產工藝過程的優化進行，高壓泥漿隔膜泵是采用拜爾法生產氧化鋁，尤其是采用管道化溶出工藝的氧化鋁廠的重要設備，被譽為拜爾法氧化鋁廠的心臟部位，其運轉率直接代表著氧化鋁廠的投礦運轉率。對電氣傳動系統提出以下要求：
　　（1）電動機和泵組等機械設備在使用原設備的基礎上，通過改變電氣控制系統的控制方法，使電動機轉速在10～583rpm之間連續可調，且能夠帶載起動隔膜泵；
　　（2）設備起動平緩，運行穩定可靠。電氣設備可運行率達95%以上；設置完善的保護裝置，包括管道超壓自動保護和常規電氣故障保護；
　　（3）對泵采用三地操作，分別設置在機旁、變頻器控制室、儀表室。泵組的開、停在機旁和變頻器控制室進行，儀表室只有在管道超壓或其他緊急情況下進行設備緊急停車；當進料量給定值確定后，系統能夠自動跟蹤給定值。
　　喂料量的改變是通過隔膜泵（喂料泵）變頻調速來實現的。因為對變頻器的可靠性要求極高，以前一般都采用國外知名變頻器。
　　四、森蘭變頻器隔模泵上的應用
　　近幾年，國產變頻技術有了極大的進展，國內廠家也能生產高性能的矢量控制變頻器，起動力矩可達2倍額定力矩，平均無故障時間2萬小時以上，像氧化鋁這樣連續性生產工藝，也完全能夠滿足。森蘭以矢量控制變頻器sb70的平臺為基礎，開發出了690v 850kw矢量控制變頻器，在性能上，完全可以和國外變頻器相媲美。
　　隔模泵使用的是690v 780kw鼠籠異步電動機，電源頻率為50hz時轉速為583rpm，轉速為10rpm時變頻器輸出頻率不到1hz，調速比接近60，且能夠1hz頻率下帶額定負載運行。
　　矢量控制變頻器的調速比可達1:100、調速精度可到0.1%、且是無級調速，選用森蘭690v 850kw矢量控制變頻器能滿足調速性能要求。對于當進料量給定值確定后，系統能夠自動跟蹤給定值的自動控制方案，只需將礦漿電磁流量計輸出的4～20ma反饋信號送到變頻器的pi調節器的反饋端口上實現閉環控制，使礦漿的流量在給定范圍內變化，保證氧化鋁的溶出率為比較高。
　　森蘭690v 850kw矢量控制變頻器在隔模泵上已經連續無故障運行了三年有余，實踐證明，國產變頻器無論是在質量上還是在性能上都表現極佳，并且在調速過程中有節能效果，給用戶帶來了實實在在的效益，在用戶中樹立了很好的口碑。
　　五、結語
　　690v 850kw變頻器投運以來，運行可靠平穩，控制靈活方便，控制準確，精度高，充分保證了隔膜泵準確送料，大大優化了生產指標，提高了礦漿中的氧化鋁溶出率和設備產能，取得了巨大的經濟效益。變頻調速技術的應用，保證了調速平滑、連續，實現了節能；設備技術水平的提高和優化，使得設備維護工作量和維護費用都大大降低，降低了單位產品的成本，產生了較好的社會經濟效益。實踐證明，森蘭690v850kw變頻器其性能和可靠性完全滿足氧化鋁生產工藝的要求，國產化是必由之路。

　　應用解決方案二、森蘭sb70變頻器在氧化鋁生產線中的應用
　　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，比較終制得成品氧化鋁。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、施耐德、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。
　　河南三門峽鋁業有限公司，年生產氧化鋁120萬噸，根據生產工藝的要求，選用森蘭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：

    

 

　　sb70系列變頻器為希望森蘭科技股份有限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、熱拔插功能，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、變頻器端子功能如下表

    

 

    2、變頻器功能設置表：