中国是全球比较大的有色金属生产和消费国，十种有色金属总产量已连续多年位居世界第一。有色金属行业是我国七大工业耗能大户之一，节能减排工作既是有色金属行业的责任和义务，也是有色金属行业淘汰落后工艺，制止盲目投资和低水平重复建设，促进行业健康发展的必然要求。近年来，通过政策引导、技术改造、设备更新、结构调整，有色金属行业主要产品单位能耗大幅下降，一些主要的技术经济指标接近或达到世界先进水平，大大提高了我国有色金属工业的国际竞争力。
　　【有色金属行业节能潜力分析】
　　中国有色金属矿产资源的特点是小矿多、大矿少；贫矿多、富矿少；共生矿多、单一矿少；由此造成选冶流程长，工艺复杂，直接导致能耗高、水耗大、污染物排放量大，其中尤以电解铝、海绵钛能耗为比较高。尽管比较近我国主要有色金属单位产品综合能耗呈现总体下降趋势，但目前平均每吨有色金属综合能耗与国际先进水平相比，仍然存在较大差距。2010年，我国有色金属行业耗能量占全国能源消耗总量的2.8%左右。
　　2012年，工业和信息化部发布了《有色金属工业“十二五”发展规划》，强调“十二五”时期有色金属要控制总量，加大节能减排。10种有色金属产量控制在4600万吨左右，年均增长率为8%；铜、铅、镁、电锌冶炼综合能耗分别降到300千克标煤/吨、320千克标煤/吨、4吨标煤/吨和900千克标煤/吨及以下，电解铝直流电耗、全流程海绵钛电耗分别降到12500千瓦时/吨和25000千瓦时/吨及以下。
　　有色金属企业的门类繁多，使用的电机也很多，利用变频技术调速可减少能耗。据调查，在氧化铝、电解铝、冶炼锌、冶炼铜等有色金属企业的风机、泵类负载数量多，使用也普遍。使用变频器后，节能率在30%左右，根据工况，一般情况下投资回收期比较短不到一年，比较长不到三年。

    　　【森兰有色金属行业应用典型解决方案】
　　应用解决方案一、森兰690v850kw变频器在隔膜泵上的应用
　一、概述
　　隔膜泵，也叫气动双隔膜泵或气动泵，是一种新型输送机械，是目前国内比较新颖的一种泵类，采用压缩空气为动力源。对于各种腐蚀性液体，带颗粒的液体，高粘度、易挥发、易燃、剧毒的液体，均能予以抽光吸尽。隔膜泵其有四种材质：塑料、铝合金、铸铁、不锈钢。隔膜泵根据不同液体介质分别采用丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚四六乙烯，以满足不同生产工艺的需要。隔膜泵既能抽送流动的液体，又能输送一些不易流动的介质，具有自吸泵、潜水泵、屏蔽泵、泥浆泵和杂质泵等输送机械的许多优点。
　　隔膜泵已经在石油、化工、有色金属、食品、电子、陶瓷、纺织等行业应用，安装在各种特殊场合，用来抽取各种常规泵不能抽吸的介质。隔膜泵发展的应用潜力，还不为很多人所知。隔膜泵正逐步侵入其他泵的市场，并占有其中的一部分。如：油漆、涂料等精细化工行业和陶瓷业中隔膜泵已占有绝对的主导地位，而在其他的一些行业中，像环保、废水处理、建筑、排污等行业中正在扩大它的市场份额，并具有其他泵不可替代的地位。
　　二、隔膜泵的工作原理：
　　隔膜泵靠压缩空气驱动。定向空气分配阀和导向阀，称为“气室”，都设置在泵的中心部位。介质流动通过两个汇流管和外隔膜室，称为“介质室”。通常止回阀(球型或片型)都设置在每个外隔膜室的顶部或底部或共用一个汇流管。这两个外隔膜室靠吸口和出口接头连接起来，泵是自吸的。
　　在操作中，空气分配阀交替控制隔膜的增压。在每次冲程后，阀将自动变换位置，使空气得以切换至另一隔膜室，使两边隔膜室形成交替的吸液和压送冲程，隔膜在平行路径里移动，空气阀无润滑油需求，这就是首选的运行方式，洁净、干燥的空气更能提高泵的性能。
　　介质通过隔膜泵时，止回阀一开一关，这使得每个外隔膜室交替地填充和排出，止回阀对压力差做出反应。球阀止回阀可处理含小颗粒的介质，而片阀止回阀可以处理含接近管径尺寸大小软颗粒的介质。
　　当空气分配阀让压缩空气进入左隔膜室，隔膜受压往外推出，而形成压送冲程，在压送部内的介质即受力离开左面外隔膜室、止回阀、汇流管，而后由泵的出口流出，排出口位置可以是顶部、底部、或侧面。当左隔膜室受压推出时，隔膜连接杆在内部拖动右隔膜向内缩回止回阀充满流体，在这一循环动作完成后，空气分配阀将自动地变换位置，使空气切换至另一隔膜室，反向重复上述循环动作，即两边隔膜室将因此呈现交替性的压送及吸收液动作。
　　三、氧化铝行业对隔模泵传动系统的要求
　　生产氧化铝的前端工序是先将铝矾土粉碎制成原矿浆，将合格的原矿浆通过隔膜泵（喂料泵）送至高压溶出器，在高压溶出器中，在一定的外部条件作用下，溶出铝土矿中的氧化铝得到铝酸钠。当溶出时间一定时，溶出速度越快，氧化铝的溶出率就越高，产能越大。但溶出反应需在一定条件下进行，要保证氧化铝的高溶出率，就要保证各种物料的相对平衡，在其他条件相对变化的情况下，要求料浆泵的喂料量也发生相应的调整，这样才能优化生产工艺指标，进而优化氧化铝生产的技术经济指标。为实现生产工艺过程的优化进行，高压泥浆隔膜泵是采用拜尔法生产氧化铝，尤其是采用管道化溶出工艺的氧化铝厂的重要设备，被誉为拜尔法氧化铝厂的心脏部位，其运转率直接代表着氧化铝厂的投矿运转率。对电气传动系统提出以下要求：
　　（1）电动机和泵组等机械设备在使用原设备的基础上，通过改变电气控制系统的控制方法，使电动机转速在10～583rpm之间连续可调，且能够带载起动隔膜泵；
　　（2）设备起动平缓，运行稳定可靠。电气设备可运行率达95%以上；设置完善的保护装置，包括管道超压自动保护和常规电气故障保护；
　　（3）对泵采用三地操作，分别设置在机旁、变频器控制室、仪表室。泵组的开、停在机旁和变频器控制室进行，仪表室只有在管道超压或其他紧急情况下进行设备紧急停车；当进料量给定值确定后，系统能够自动跟踪给定值。
　　喂料量的改变是通过隔膜泵（喂料泵）变频调速来实现的。因为对变频器的可靠性要求极高，以前一般都采用国外知名变频器。
　　四、森兰变频器隔模泵上的应用
　　近几年，国产变频技术有了极大的进展，国内厂家也能生产高性能的矢量控制变频器，起动力矩可达2倍额定力矩，平均无故障时间2万小时以上，像氧化铝这样连续性生产工艺，也完全能够满足。森兰以矢量控制变频器sb70的平台为基础，开发出了690v 850kw矢量控制变频器，在性能上，完全可以和国外变频器相媲美。
　　隔模泵使用的是690v 780kw鼠笼异步电动机，电源频率为50hz时转速为583rpm，转速为10rpm时变频器输出频率不到1hz，调速比接近60，且能够1hz频率下带额定负载运行。
　　矢量控制变频器的调速比可达1:100、调速精度可到0.1%、且是无级调速，选用森兰690v 850kw矢量控制变频器能满足调速性能要求。对于当进料量给定值确定后，系统能够自动跟踪给定值的自动控制方案，只需将矿浆电磁流量计输出的4～20ma反馈信号送到变频器的pi调节器的反馈端口上实现闭环控制，使矿浆的流量在给定范围内变化，保证氧化铝的溶出率为比较高。
　　森兰690v 850kw矢量控制变频器在隔模泵上已经连续无故障运行了三年有余，实践证明，国产变频器无论是在质量上还是在性能上都表现极佳，并且在调速过程中有节能效果，给用户带来了实实在在的效益，在用户中树立了很好的口碑。
　　五、结语
　　690v 850kw变频器投运以来，运行可靠平稳，控制灵活方便，控制准确，精度高，充分保证了隔膜泵准确送料，大大优化了生产指标，提高了矿浆中的氧化铝溶出率和设备产能，取得了巨大的经济效益。变频调速技术的应用，保证了调速平滑、连续，实现了节能；设备技术水平的提高和优化，使得设备维护工作量和维护费用都大大降低，降低了单位产品的成本，产生了较好的社会经济效益。实践证明，森兰690v850kw变频器其性能和可靠性完全满足氧化铝生产工艺的要求，国产化是必由之路。

　　应用解决方案二、森兰sb70变频器在氧化铝生产线中的应用
　　有色金属行业对变频器的要求较高，森兰sb70变频器在该行业的大面积的成功使用，在国产变频器中尚属首次，这标志国产变频器的技术水平有了极大的提高。在实际应用中，森兰sb70变频器与国外变频器相比毫不逊色，在氧化铝行业成功地替代了国外品牌变频器，而且价格要便宜。
　　一、氧化铝生产流程
　　从铝矾土矿石生产出合格的氧化铝需要经过原料、溶出、沉降、分解、焙烧等几大个生产流程，按工艺流程的次序组织为原料、溶出、沉降、分解、焙烧等几大车间，为充分利用母液，再设置一个蒸发工序车间。原料车间用以制备粒度、成份比例等指标都符合要求的原矿浆；溶出车间通过多级预热套管及压煮器为原矿浆提供高温、高压环境，并保证足够的溶出时间，以使原矿浆中的氧化铝成份溶出至铝酸钠溶液中。沉降车间通过沉降和多次反向洗涤，将料浆中的粗液及附着碱与各种杂质构成的赤泥进行分离，分离出的粗液经叶滤机过滤后制得精液，再送至分解车间与晶种混合，逐级进入各分解槽进行降温、搅拌，以充分析出氢氧化铝，析出的氢氧化铝浆液经分级后，细料进种子过滤制备晶种，粗料送焙烧车间经过滤后进行高温焙烧，比较终制得成品氧化铝。蒸发车间用于对循环母液进行浓缩处理，以除去在流程中进入母液中的多余水分，达到工艺要求的母液浓度。
　　二、氧化铝生产对变频器的要求
　　整个氧化铝生产过程对物料的运送由浆泵、进料泵、出料泵、母液泵、碱液泵、循环泵等各种各样的泵承担。生产过程中，物料及反应容器的温度、压力、配料流量等指标的控制非常严格；同时为保证分解槽搅拌等要求不间断运转设备的连续运行，以及隔膜泵、压煮器等高温、高压、高碱设备和焙烧系统易燃易爆设备的安全运行，要求对运送物料的各种泵能够在dcs的控制下变速运行。氧化铝生产工序比较复杂，生产环境差，温度高，粉尘多，对变频器的主要要求有：
　　1、浆泵、进料泵、出料泵等的工作介质是非常粘稠的矿浆，其负载特性接近恒转矩负载特性。由于某种原因使生产短时停顿，粘稠的矿浆会产生沉降，恢复生产再次起动时，这些泵的起动力矩非常大，因此要求变频器有足够大的起动力矩和较高的过载能力。
　　2、氧化铝生产线占地的面积很大，其电气控制设备和变频器均安装在配电房内，大部分的电机与变频器的距离在100-300米，要求变频器的输出接上100-300米电缆能够正常工作。
　　3、变频器的输出含有高次谐波，现场使用的变频器的数量多，必须考虑谐波对dcs控制系统和现场控制仪表干扰，要求变频的输出谐波含量较低，低于国家标准gb12668-2.2002、gb12668-3.2003所要求的谐波含量。
　　4、氧化铝生产具有连续性，生产过程中因某台设备故障引起全线停产，将带来极大的损失，因此，对变频器的可靠性要求极高。
　　三、sb70系列变频器在氧化铝生产线上的应用
　　由上可见，氧化铝生产对变频器提出了很高的要求，铝镁设计院在做设计时，都毫无例外地选用abb、施耐德、西门子、ab等国外变频器。近几年来，国产变频器技术有了长足的进步，转子磁链定向无速度传感器矢量控制已研发成功，其技术性能接近国外变频器先进水平，再加上工艺技术和管理水平的提高，生产出满足氧化铝生产线要求的高性能、高可靠的矢量控制变频器也不是难事，且与国外变频器比较价格较低，在与国外变频器竞争中有一定优势。
　　河南三门峡铝业有限公司，年生产氧化铝120万吨，根据生产工艺的要求，选用森兰sb70无速度传感器矢量控制变频器，对其生产过程的每一道工序提供变频调速（功率从22kw到450kw），共安装使用78台，具体使用工位如下表：

    

 

　　sb70系列变频器为希望森兰科技股份有限公司自主开发的新一代低噪音、高性能、可靠性高、功能强大的工程型变频器，采用转子磁场定向的矢量控制方式，实现了对电机大转矩高精度的控制。其操作面板具有编程、操作、参数复制、热拔插功能，大大方便了操作人员对参数的修改（仅对一台变频器设置参数，其它均可进行参数复制，减少调试过程中的工作量），速定给定可通过端子切换，减少了外部繁锁的连接线。瞬时掉电时，通过母线电压控制，实现不间断运行；还可根据负载特性和环境温度，自动调整载波频率。
　　针对氧化铝生产对变频器的主要要求，高性能的sb70无速度传感器矢量控制变频器1hz时的转矩可达200%，无需闭环运行；考虑到过载因素，在实际应用时电动机的容量会加大一档，变频器的容量也适当增大；sb70变频器采用了多种谐波抑制技术，总谐波含量已低于国家标准。考虑到整个生产线使用变频器较多，还需要在变频器的输入侧加装输入电抗器和输入滤波器，保证在任何情况下都不会对计算控制系统和数字仪表造成干扰；变频器输出电缆的限制距离一般在50米内，输出电缆的长度增加，分布电容和分布电感也相应增加，对某次谐波可能会引起震荡或形成驻波，这将严重影响电动机的运行。设计变频控制系统时在变频器的输出侧加装输出电抗器或再加输出滤波器，平抑变频器输出的du/dt尖脉冲。
　　四、变频器接线图及功能设置

    

 

　　1、变频器端子功能如下表

    

 

    2、变频器功能设置表：