变频调速器在磷复肥生产中的应用

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翻新时间：2023-01-12

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变频调速器在磷复肥生产中的应用

摘要：在磷复肥的生产过程中介质的强腐蚀、易结垢、易结晶等特性，导致调节阀的投用和维护很困难，由此造成磷复肥生产的自动化水平很难提高。文章介绍了变频调速技术，同时从流体力学及泵的特性曲线与管路特性曲线两个方面分析了变频调速器的节能原理，并给出了变频调速器在磷复肥生产中的实际应用。

关键词：变频调速器；磷复肥生产；调节阀；变频调速技术；节能原理文献标识码：A

在磷复肥的生产过程中，为了保证产品的品质和产量，减轻操作人员的劳动强度，需要对温度、压力、流量、物位等参数进行自动控制。传统的自动控制通过调节阀门的开度进行控制。这类控制使得风机、泵类等设备大部分时间处于非满负荷运行，造成大量能量的浪费。同时在磷复肥的生产过程中介质的强腐蚀、易结垢、易结晶等特性，导致调节阀的投用和维护很困难，由此造成磷复肥生产的自动化水平很难提高。采用变频调速器对风机、泵类进行控制，不仅节约了能量，而且提高了控制系统的控制精度和可调比，提高了磷复肥生产的自动化水平。

1 变频调速技术

在交流异步电动机的各种调速方法中，变频调速性能优良，效率高。通过对电动机进行变频调速改造，可以降低系统能耗、优化系统的整体性能，同时节约资源，减少环境污染、优化工作环境等，具有良好的社会经济效益。变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性、系统的安全可靠性和延长设备使用寿命等优点而成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。

变频调速技术的基本原理是通过改变输入到交流电机的电源频率调节交流电动机的输出转速。异步交流电动机的输出转速与输入频率的关系如下：

式中：

n――电动机的输出转速

f――输入电动机的电源频率

s――电动机的转差率

p――电动机的极对数

电动机一旦购买，转差率s、极对数p均不可变，只有改变输入电动机的电源频率f，才可改变电动机的输出转速n。

2 变频调速器的节能原理

在磷复肥的生产过程中多使用离心泵输送液体。当采用调节阀进行调节泵流量时，电机的输出功率会被大量消耗在调节阀的截留过程中。当采用变频调速器调节流量时，根据流体力学理论可知：

即泵的流量Q与转速n成正比，扬程H与转速n的平方成正比，功率P与转速n的三次方成正比。因此可得出各项数据如表1所示：

表1 流量、转速、扬程、功率的相对关系

流量（Q）转速（n）扬程（H）功率（P）

100 100 100 100

70 70 49 34.3

60 60 36 21.6

50 50 25 12.5

从离心泵的特性曲线和管路特性曲线可知，两条曲线的交点，即为离心泵的工作点。在该点，泵的效率最高。当工艺要求流量、压力发生变化时，就需要改变工作点。改变工作点的方法有两种：一是改变管路特性曲线；二是改变泵的特性曲线。通过改变管路特性来改变工作点，是通过调节调节阀的开度来实现流量的控制，从而改变工作点。该方法人为增大管路阻力，使相当一部分电能转换为机械能消耗在调节阀阀芯的阻力上，浪费大量电能。通过改变泵的特性曲线，是通过变频器来改变泵的转速来实现流量的控制，从而改变工作点。该方法节省了能量。具体分析如下。

离心泵的流量（Q）与扬程（H）的特性方程如图1所示：

图1 离心泵特性曲线

3 变频调速器在磷复肥生产中的实际应用

磷复肥的生产过程的介质具有强腐蚀性、易结垢、易结晶等特性，采用调节阀或阀门，会使阀前管道结垢堵塞更严重。若采用变频调速器取代调节阀，避免与工艺介质直接接触，具有无腐蚀、无冲蚀等优点，同时简化了控制系统结构，提高了控制系统的控制精度和可调比。

3.1 6×104t/a半水-二水湿法磷酸流量、流位等14个调节回路改用变频调速器

图2 磷酸装置调节回路的改造

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

该公司引进西班牙英壳儿公司管式反应器，并在后期修改了英壳儿公司的初始设计，将进管式反应器的磷酸和预中和槽进造粒机的DAP料浆流量调节阀改为变频调速器控制，生产的产品成分稳定，粒度均匀，色泽较好。PID参数整定为比例放大倍数Kc=0.5，积分时间I=10s，微分时间D=3s。

图3 DAP、NPK装置的流量控制回路

4 结语

在磷复肥的生产过程中，采用变频调速器替代调节阀，可以节省能源，简化控制操作系统，减少仪表的使用量，提高磷复肥生产的自动化水平。直接和间接的经济效益非常显著，有必要在磷复肥生产装置中大力

推广。