煤礦供電及主要耗能設(shè)備的節(jié)能與降耗分析

劉春云

摘 要：煤礦供電安全及節(jié)能降耗一直是影響煤礦開采及運(yùn)行的根本，而隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈及企業(yè)為獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用被煤礦企業(yè)作為重點(diǎn)進(jìn)行考慮。本文結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)煤礦供電及主要耗能設(shè)備的節(jié)能與降耗技術(shù)進(jìn)行了分析，并舉例對(duì)其改造實(shí)施效果進(jìn)行了分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：供電安全；節(jié)能降耗；煤礦開采

煤礦開采耗能較大，在實(shí)際開采中應(yīng)做好節(jié)能降耗措施。而結(jié)合現(xiàn)有情況，從煤礦供電及主要耗能設(shè)備的運(yùn)行分析，做好節(jié)能降耗應(yīng)強(qiáng)化節(jié)能技術(shù)的使用，如采用變頻器、節(jié)電器等電氣元件對(duì)煤礦生產(chǎn)電氣設(shè)備實(shí)施改造，可對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能發(fā)揮有用價(jià)值。關(guān)于變頻器、節(jié)電器在煤礦生產(chǎn)節(jié)能降耗中的應(yīng)用，現(xiàn)已在各礦區(qū)進(jìn)行了研究，并取得了一定效果，以下對(duì)變頻器、節(jié)電器在煤礦生產(chǎn)節(jié)能降耗中的應(yīng)用原理及相關(guān)問題進(jìn)行討論分析，具體如下：

1 煤礦生產(chǎn)節(jié)能降耗技術(shù)工作原理及優(yōu)勢(shì)分析

1.1變頻節(jié)能技術(shù)節(jié)能控制原理及應(yīng)用分析

變頻節(jié)能技術(shù)的主要工作原理為依靠電子元器件及控制電路，完成大功率電能形態(tài)變換，并以形態(tài)變化后的電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，與實(shí)現(xiàn)對(duì)工作系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制及節(jié)能控制。而要實(shí)現(xiàn)以上目的，必須依靠傳感器、計(jì)算機(jī)控制器、執(zhí)行器完成上述工作，具體來講，各組成部分的功能如下所示：其一，傳感器，其主要是將感知系統(tǒng)所收集到的各類信號(hào)數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等信息，以約定的傳輸形式反饋至計(jì)算機(jī)控制器，可將其作為計(jì)算機(jī)控制運(yùn)算的依據(jù)。其二，執(zhí)行器；變頻調(diào)節(jié)控制裝置主要有兩類，即閥門、通斷開關(guān)、繼電器及變頻器；對(duì)系統(tǒng)控制而言，變頻器控制是主要方式，即計(jì)算機(jī)控制其輸出模擬信號(hào)至變頻器，而致使變頻器按照設(shè)定程序變換電能形態(tài)（頻率、波形、電壓等），從而起到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)目的。其三，計(jì)算機(jī)控制器；基于變頻器而實(shí)現(xiàn)的調(diào)速控制，其實(shí)施計(jì)算機(jī)控制的目的在于改善控制過程動(dòng)態(tài)品質(zhì)，其可實(shí)現(xiàn)最大限度節(jié)約電能目的。

而對(duì)于變頻器而言，常用的主要有交-直-交變換模式，主電路包括整流環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)及逆變環(huán)節(jié)，具體變頻控制結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。通常，變頻器可接受PLC發(fā)出的信號(hào)，且工頻、交流輸入信號(hào)可通過變頻器轉(zhuǎn)化為電壓頻率可變的交流輸出信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速，具體如公式1所示。其中，f1為頻率，p為繞組磁極對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)變差。實(shí)施變頻調(diào)速時(shí)，電機(jī)p與s常處于恒定狀態(tài)，n與f1則呈正比狀態(tài)。該種情況下，通過PLC控制變頻器信號(hào)輸出，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)調(diào)速的目的，從而起到節(jié)能作用。

（1）

1.2節(jié)電器節(jié)能技術(shù)節(jié)能控制原理及應(yīng)用分析

電動(dòng)機(jī)的主要作用在于在工礦企業(yè)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，以推動(dòng)機(jī)械設(shè)備做功的一種裝置。而在電動(dòng)機(jī)選型中，通常會(huì)在額定功率基礎(chǔ)上增加一定裕量，以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要及減少電機(jī)超負(fù)荷使用而帶來的電機(jī)使用壽命降低及安全問題。從電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及運(yùn)行效率可知，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載會(huì)隨著實(shí)際需求而發(fā)生變化；而結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)實(shí)際，大多存在大功率電機(jī)帶動(dòng)設(shè)備進(jìn)行小負(fù)荷運(yùn)行的情況。而從電動(dòng)機(jī)運(yùn)行輸送功率而言，電動(dòng)機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行情況下即可實(shí)現(xiàn)電能利用效率最高；相反，在輕載狀態(tài)下，運(yùn)行效率最低。其主要原因是當(dāng)電機(jī)在滿載變化至輕載、空載的過程中，定子電流有功分量減小，而勵(lì)磁無功電流不變，而空載損耗中占主要成分的定子鐵損耗不變，從而造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率的減小，進(jìn)而出現(xiàn)效率低的情況。

在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，適當(dāng)降低定子電壓，則電動(dòng)機(jī)的電壓可按照以下公式進(jìn)行計(jì)算，具體如下式1所示；式中，U1為定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；N1為定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；F1、K、N1為常數(shù)。

由以上公式所得，由于輕載、空載時(shí)的定子電流小，在該種情況下可忽略定子繞組的漏阻抗壓降，進(jìn)而可以認(rèn)為電流Im成比例下降，從而減少了定子電流中的無功分量。

而同時(shí)，在其他條件不變的情況下，定子鐵耗計(jì)算公式如下式2所示；其中，PFel為定子鐵耗；PfelN為定子額定鐵耗；UN為定子額定端電壓。

根據(jù)公式2 所得，隨著U1的降低，PFel則以平方比的形式迅速降低；而同時(shí)，可以得出當(dāng)輕載、空載時(shí)為主的損耗則大量減少，進(jìn)而可使得電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率大大升高。以上則為電動(dòng)機(jī)節(jié)電器輕載降壓節(jié)電的原理。

2 煤礦生產(chǎn)節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用實(shí)例及分析

2.1變頻技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例及分析

皮帶機(jī)屬于煤礦生產(chǎn)主要的運(yùn)輸設(shè)備，也是重要能耗設(shè)備，采用變頻節(jié)能技術(shù)實(shí)施節(jié)能改造將對(duì)其應(yīng)用具有積極意義及價(jià)值。具體來講，皮帶機(jī)節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心裝置為變頻器，即通過變頻器，采取智能控制算法對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化。故，其主要結(jié)構(gòu)包括急停閉鎖、大花、跑偏、斷帶、縱撕、推煤、滿倉(cāng)、超溫、灑水等多項(xiàng)保護(hù)。物流傳感器的價(jià)值主要在于監(jiān)測(cè)煤皮帶機(jī)的上煤狀態(tài)，故而該類傳感器一般常安放在皮帶機(jī)尾部及落煤點(diǎn)附近。速度傳感器的主要目的在對(duì)皮帶機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)；即當(dāng)皮帶機(jī)處于變速運(yùn)行時(shí)，通過對(duì)速度的檢查對(duì)防止皮帶機(jī)打滑等效果具有積極作用，其也可以根據(jù)落煤情況對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，變流傳感器的主要作用在于實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶機(jī)的軟停、軟啟的控制，其目的在于減少皮帶機(jī)啟動(dòng)過快而造成的隱患及事故發(fā)生，對(duì)于保證安全及穩(wěn)定運(yùn)行具有積極價(jià)值。變頻控制輸出原理圖如下圖1所述：

圖1 變頻控制結(jié)構(gòu)圖

2.2節(jié)電器在電動(dòng)機(jī)節(jié)能降耗的應(yīng)用實(shí)例及分析

綜合現(xiàn)有情況，電動(dòng)機(jī)節(jié)電器在煤礦生產(chǎn)設(shè)備中應(yīng)用是通過計(jì)算機(jī)對(duì)電機(jī)負(fù)荷進(jìn)行檢測(cè)，從而分析電機(jī)的負(fù)荷及趨勢(shì)，進(jìn)而計(jì)算出供給電動(dòng)機(jī)的最佳電壓及電流，以使節(jié)電器能快速對(duì)可控硅的導(dǎo)通角進(jìn)行控制，進(jìn)而對(duì)電機(jī)供電電壓實(shí)施控制，以便使得劍姬的輸出及負(fù)荷轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)有效匹配，從而滿足電動(dòng)機(jī)在空載及多負(fù)荷狀態(tài)下保持恒定的電機(jī)效率。而對(duì)于電動(dòng)機(jī)節(jié)電器使用，其有以下特點(diǎn)，具體如下：

其一，結(jié)合現(xiàn)有所使用的電動(dòng)機(jī)節(jié)能器，為實(shí)現(xiàn)更好控制，其具備了軟啟動(dòng)及軟停車功能，該功能的實(shí)現(xiàn)在保證電動(dòng)機(jī)在實(shí)施穩(wěn)定連續(xù)的啟動(dòng)的同時(shí)，也可在一定程度上消除了由于常規(guī)啟動(dòng)方式而使得電動(dòng)機(jī)機(jī)械沖擊及電流過大的問題，對(duì)降低軸承及皮帶磨損、減少齒輪及鏈條機(jī)械應(yīng)力，降低電動(dòng)機(jī)維護(hù)成本。

其二，節(jié)電器的使用，可通過對(duì)電流、電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的全面保護(hù)，如電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中所發(fā)生的過載、限流及短路等情況，有利于電動(dòng)機(jī)正常安全運(yùn)行，而也可實(shí)現(xiàn)當(dāng)電動(dòng)機(jī)線路發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)旁路自動(dòng)運(yùn)行，有利于保證生產(chǎn)穩(wěn)定。如在對(duì)神東煤礦某選煤廠兩臺(tái)煤泥離心機(jī)采用節(jié)電器進(jìn)行節(jié)能改造的研究中發(fā)現(xiàn)，使用節(jié)電裝置可以有效降低離心機(jī)的電能利用效率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的，并證實(shí)了其價(jià)值，

3 結(jié)束語

綜上所述，變頻器及節(jié)電器的應(yīng)用對(duì)促使電氣設(shè)備節(jié)能具有重要的價(jià)值。而結(jié)合現(xiàn)有情況，基于煤礦生產(chǎn)的連續(xù)性及使用過程中運(yùn)煤量不確定等事項(xiàng)，實(shí)施節(jié)能是企業(yè)發(fā)展的必須途徑。本文結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)以上兩種技術(shù)進(jìn)行了分析與說明，以供參考。

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