拜耳法氧化鋁生產(chǎn)中原礦漿制備系統(tǒng)的節(jié)電研究

何繼平，盧秀珍

（中國鋁業(yè)廣西分公司，廣西 平果 531400)

1 拜耳法氧化鋁原礦漿制備系統(tǒng)工藝簡介

拜耳法氧化鋁生產(chǎn)中原礦漿制備工序是將從礦山破碎后的一水硬鋁礦石經(jīng)過布料均化堆場，輸送到原料磨機礦倉，與來自石灰制備系統(tǒng)的石灰和蒸發(fā)工序的循環(huán)母液，進行配比混合后進入濕式棒磨機一段研磨，一段研磨后的礦漿通過中間泵打入二段球磨再進行細磨，最終得到符合溶出工序要求的原礦漿。原礦漿制備的混料配制是根據(jù)化學分子式將破碎的鋁土礦、石灰石、循環(huán)母液按照一定的比例配比，鋁土礦和石灰石通過調(diào)速給料稱穩(wěn)定輸送到入磨口，給料量的大小由變頻調(diào)速通過PID實現(xiàn)，而循環(huán)母液的調(diào)節(jié)則通過變頻調(diào)節(jié)循環(huán)母液泵的流量實現(xiàn)。二段磨磨礦過程是一個復雜的多變量系統(tǒng)，如何使磨機工作在最佳工作點，受各種因素的制約：磨機內(nèi)部研磨物質(zhì)鋼球、鋼棒及襯板的影響因素；礦石的性質(zhì)；下礦量的大小；礦漿細度與產(chǎn)量的要求等。磨機系統(tǒng)具有非線性、大滯后性、時變性的特點，現(xiàn)有控制系統(tǒng)是開環(huán)控制，受各種干擾因素的影響很大，比如磨機內(nèi)鋼球、鋼棒的磨損、襯板的磨損，操作人員不及時調(diào)整參數(shù)，礦漿細度及產(chǎn)量會波動劇烈，從而影響溶出的效果。這種情況下，操作人員的經(jīng)驗和主觀對磨礦效率起著非常重要的作用。而同時礦漿細度因為無法在線實時測量，又決定了無法實時調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，磨機效率降低，造成了能耗浪費。

2 磨機負荷與功率的關系

磨機的負荷與功率特性曲線呈倒拋物線結構，相應地磨機產(chǎn)能與磨機負荷也呈倒拋物線結構，即磨機負荷與功率曲線存在一個極限最大值點，在這個點以前磨機的功率隨著負荷的增大而增大，過這個點之后磨機的功率隨著負荷的增大而減小。

這個極限點也是磨機的最佳工作點，是磨機效能發(fā)揮的最佳狀態(tài)，在這個點之前之后磨機效能發(fā)揮欠佳，磨機的產(chǎn)能和細度均不理想，單位產(chǎn)品的能耗浪費較大。

3 控制系統(tǒng)的優(yōu)化策略

本文主要通過對磨機原有I/A控制系統(tǒng)進行優(yōu)化升級，應用信息化的手段重新搭建網(wǎng)絡架構，使用APC控制技術作為智能優(yōu)化平臺，使磨機系統(tǒng)整體能耗下降，推動企業(yè)智能制造的發(fā)展。

某氧化鋁廠共配備七組磨機，每組磨機由一臺球磨機和一臺棒磨機組成，鋁礦石和石灰石由調(diào)速皮帶秤穩(wěn)定給料，并反饋給料量，循環(huán)母液由蒸發(fā)母液變頻調(diào)速泵給料，母液管上有流量計和密度計檢測母液流量和密度參數(shù)。中間泵池的液位與水力旋流器的進料速率平衡通過中間泵變頻調(diào)速實現(xiàn)。

為了實現(xiàn)磨機系統(tǒng)的最優(yōu)化控制，需要對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，建立多變量預測模型進行APC先進控制。多變量預測模型通過AB公司開發(fā)的Pavilion8?軟件建模，原料磨APC先進控制的主要參數(shù)為：操作變量和干擾變量，包括鋁礦石進料、石灰石進料、母液流量、進棒磨母液流量、中間泵轉速、母液密度；被控變量和約束變量，包括礦漿細度、礦漿密度或固含量、石灰石與鋁礦石進料比、母液與鋁礦石進料比、母液進棒磨與球磨流量比、水力旋流器壓力、棒磨機電流球磨機電流、中間泵池液位。

系統(tǒng)硬件配置是在原有DCS系統(tǒng)的基礎上，利用DCS的OPC接口與Pavilion8?服務器進行數(shù)據(jù)讀寫通訊。Pavilion8?服務器軟件包括控制器的建模和運行監(jiān)控等。智能優(yōu)化控制的基礎是系統(tǒng)幾個關鍵參數(shù)的檢測準確與否，系統(tǒng)控制的精度則取決于每組磨機出口礦漿的固含及細度參數(shù)，因此控制系統(tǒng)還需要增加每組磨機一套在線細度分析儀才能夠做到精確、實時控制。

通過應用APC先進控制技術，整個磨機系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，在滿足工藝細度和產(chǎn)能要求的前提下，構成磨機系統(tǒng)的各部件，如皮帶秤、中間泵、循環(huán)母液泵、球棒磨機等設備運行在系統(tǒng)最佳工作點位置，避免磨機負荷處于過負荷或欠負荷的不平衡狀態(tài)，保證礦漿細度和產(chǎn)能的穩(wěn)定，實現(xiàn)了單位產(chǎn)品能耗的整體下降。

4 主電機無功功率補償

最新技術的無功補償裝置串接在電機轉子回路中，通過改變轉子電流與轉子電壓的相位關系，進而改變電機定子電流與電壓的相位關系，達到提高電機自身的功率因數(shù)和過載能力、降低電機定子電流、降低電機自身損耗的目的。采用最新的無功補償技術可使電機功率因數(shù)提高到0.95～0.99之間的范圍，無功率降低60%以上，降低電機定子電流l0%～20%，降低線損20%～30%。同時電機溫度顯著降低，電機壽命得到延長。

5 經(jīng)濟效益評估

5.1 直接經(jīng)濟效益

通過磨機系統(tǒng)智能優(yōu)化控制和主電機無功補償，可以有效降低磨機系統(tǒng)的整體電耗，系統(tǒng)電耗整體下降估算為30%左右，經(jīng)濟效益巨大。

5.2 間接經(jīng)濟效益

實施磨礦智能優(yōu)化控制，不但起到節(jié)能降耗的作用，而且可以使磨機系統(tǒng)穩(wěn)定平衡控制，減少設備磨損及故障率，降低人員勞動強度，保證安全運行。

6 結語

拜耳法氧化鋁生產(chǎn)中原礦漿制備系統(tǒng)的節(jié)電研究，結合了現(xiàn)代企業(yè)智能制造的先進理念，是智能制造技術在氧化鋁行業(yè)領域的典型應用，多變量模型預測控制技術一方面使磨礦控制過程向智能化進了一步，另方面也是磨礦綜合能耗降低的一個途徑，為下一步繼續(xù)發(fā)掘磨礦系統(tǒng)能耗降低的潛力提出了研究的方向。隨著檢測技術的不斷發(fā)展，未來的磨礦系統(tǒng)將會向著更加智能化，負荷控制更加精益化的方向發(fā)展。

[1]陳炳辰.磨礦原理(第1版)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,1989：350-367.

[2]張杰，王建民，楊志剛，沈小偉，李艷姣.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡在磨機負荷控制中的應用.儀表技術與傳感器,2014(5)：66-68.