煤礦帶式輸煤系統節能技術探討

郝弘毅+白燕清

摘 要：文章針對目前煤炭企業皮帶輸煤系統中經常處于“大馬拉小車”的狀態，存在電能浪費的問題，提出相應的策略，已達到節約電能、增收的目的。

關鍵詞：視頻節能；自動化控制；變頻器；節能環保

中圖分類號：TD528 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）02-0042-02

Abstract： In view of the problem that the coal belt conveyance system of coal enterprises is often in the state of "pulling small cars"， the paper puts forward the corresponding strategy， which has achieved the purpose of saving electric energy and increasing revenue.

Keywords： video energy saving； automatic control； frequency converter； energy saving and environmental protection

引言

在煤炭行業，帶式輸送機已經成為主要的生產運輸設備。為了滿足企業的生產需要和擴大規模等問題，帶式輸送機在驅動電機的選擇上都會留有較大的冗余度。由于煤礦開采的不均衡性，輸送機的運量不能保持穩定，導致帶式輸送機運量不足，經常處于“大馬拉小車”的狀態。帶式輸送機一般都是以固定速度運行，所以帶式輸送機驅動電機做功效率就會降低，耗費大量電能，增加企業的生產成本。降低帶式輸送機的生產電耗已經成為企業迫切需要解決的問題，引起了許多工程技術人員的關注。

本文根據煤礦企業煤炭生產的實際情況，探討帶式輸送機電氣節能的方法。通過對帶式輸送機煤流量的分析，結合變頻器的起動曲線和功率平衡控制方法。論文重點在于通過對帶式輸送機煤流量的分析，研究了帶速與運量的合理匹配對帶式輸送機的節能效果，根據不同的運量選擇合理的帶速，本文采用了視頻控制變頻調速技術的控制策略。最后用理論計算的方法驗證了節能效果，帶式輸送機電氣節能技術前景廣闊。

1 現狀分析

帶式輸送機是煤礦的主要運輸設備，由于開采條件和生產環節的特殊性，無法保持帶式輸送機運煤量均勻，導致系統或單臺帶式輸送機在負載較輕或無負載的狀態下運行時間較長，不僅造成額定（或設定）轉速下運行的電能浪費，而且也使帶式輸送機傳動系統、轉動部件、膠帶形成無效磨損，同時縮短了設備使用壽命。

根據運輸環節條件和運輸量，雖定期進行了人工設定調速，但節能效果尚不明顯。近年多家科研院所對帶式輸送機節能進行了大量的研究，利用給煤機定量、電子稱稱重、紅外線等方式檢測運輸量，并通過變頻設備控制帶速實現節能， 但目前尚無有效、可靠的方案達到實時檢測運輸量變化、運輸量分布，并利用變頻設備真正實現智能調節帶速的目的。另外，運輸帶式輸送機的開啟需要從末位皮帶依次啟動，當整個生產線的皮帶整個啟動完成時，需要很長一段時間，在啟動的整個過程中，先啟動的皮帶一直處于空轉狀態中，并且各個皮帶的啟動都需要安排工作人員進行。這種啟動方式因為皮帶空轉導致電能的浪費，同時加大了人力成本。

我們經過長期的工程實踐經驗、現場觀察，總結出以下幾個問題：（1）操作員不對皮帶進行手動調速；（2）傳統逆煤流啟車，順煤流停車，也同樣造成了能源的浪費；（3）集控系統不能自動根據煤量，進行動態調節；（4）監測傳感器的精度低，安裝位置的不合理性；（5）電耗占比超過30%；（6）設計冗余量過高大馬拉小車；（7）變頻調速設備普及率不高；（8）已有變頻受檢測手段制約；（9）高速運轉時間過長加大皮帶磨損及輔助耗材的損耗。

2 核心思想

“視頻分析+工業控制”做到“預先報警與現場控制相結合、及時處置與事后查證相結合”，利用“傳感設備、智能分析設備、控制設備”形成一個智能化、多功能、全天候的動態綜合節能安全管理平臺。

3 智能視頻變頻調速系統原理圖

4 目標的實現

（1）對采用變頻器驅動的系統和可調速的系統，通過對控制系統的改造實現系統的速度自動調節，與煤流量形成閉環調節；（2）控制流程工藝結合現有的驅動方式，建立數據控制模型，以降低系統能耗；（3）各個控制站規劃到統一的控制網絡中；（4）增加相應傳感器，以提高系統整體控制精度，進一步節約能耗；（5）可視化實現無人值守是用傳感器代替人員完成對系統的監管；（6）傳統工藝下的故障排查有專人負責，即使這樣，故障發生時，也需要一級一級的查找，通過故障指向的改造，可以在故障發生時，準確的將故障點提供給檢修人員；（7）傳統的設備管理由人員記錄，定期維護，這樣就造成不必要的停機時間，設備壽命管理則可以代替人員，對設備監理管理檔案，可提前計劃，提前報警；（8）制定相應的管理制度，使設備物盡其用，以減少浪費。

智能視頻分析系統通過開關量點、模擬量點接入控制系統，作為皮帶運輸系統啟停及延時啟停的必要條件。

5 智能視頻分析系統

采用智能視頻技術，充分利用計算機網絡和邏輯控制技術，實時實現信息數據采集、加工集成應用，提高企業資源和資金的利用效率，降低成本和費用，是當今企業創新發展的一大方向。我們積極研發“煤礦安全生產視頻智能系統”，完成了斜井皮帶運輸在線安全監控系統、帶式輸送機視頻分析控制系統，以及結合綜合自動化系統，實現主要生產系統關鍵節點的安全生產視頻監視和控制，并實現對安全生產關鍵環節的智能可視化管理。

在實現異物出現檢測的基礎上，實現對皮帶機尾是否有煤進行檢測報警。

6 實現的方法endprint

在上游皮帶運輸機安裝攝像機，實時監測煤流量的變化。通過算法根據設定的規則檢測設備發出信號給PLC控制主機，利用變頻器實時控制下游皮帶運輸機的電機轉速，進行調速。

算法中設定的規則可對各種工況的皮帶運輸機進行調速。如水煤混合、矸石混合、皮帶運輸機角度傾斜等。

在視頻中設定一個檢測區域，上游皮帶運輸機煤流經過檢測區域流量發生變化時，根據設定的規則檢測設備發出信號給PLC控制主機，利用變頻設備控制電機轉速實現下游膠帶運輸機高、中、低、怠速四擋自動切換，達到調速節電的目的。同時檢測皮帶是否來料的狀態，啟停皮帶。

7 系統在線設備故障自檢

通過監控主機對整個調速系統的所有前端設備進行實時監測，當任何一個部位的前端設備發生異常或出現故障時，監測控制設備及時的調轉到皮帶正常運行狀態，暫時性的隔離出調速系統，同時現場語音箱以語音的方式報警給現場巡檢人員并同步上傳至地面主機，提醒工作人員處理故障，當故障處理完成，系統即可恢復到正常運行狀態。

8 安裝系統后的節能效果

某煤礦共安設了10部主運輸膠帶機，長達13000米。總安裝負荷為31060kW，運行負荷為21490kW，約占礦總負荷的36%左右。采取CST驅動的輸送機3部，變頻驅動的輸送機7部。

2015年12月測試前，該皮帶每日耗電22400度，以平均電價0.56元每度計算每日電費12，544元。

2016年5月，單條皮帶綜合節電率 17.8%，每天可節電3987度，節省電費2，233元。

（1）安裝系統后間接經濟效益。10部主運輸膠帶機托輥總數35941個，單價238元/個，托輥延長壽命比為30%，高低速時間節能比18%。

每年托輥節省費用=35941*0.0238*0.3*0.18=46.19萬元。

煤礦運輸系統全線11777米，永久固定運輸線6650米。根據實際生產情況，膠帶使用壽命為7年，智能調速改造后膠帶減少運轉周期，可延長使用壽命2年。ST4000鋼絲繩芯膠帶1000元/米。

節省膠帶經濟效益=6650*2*0.1÷7*2=380萬元。

（2）減人提效145萬元。運輸一隊現3個生產班，實現集控自動化后每班可減少6個崗位工人，每個工人工資福利200元/天，每月24天出勤，人員配比1.4。

減人提效經濟效益=3*6*0.02*24*12*1.4=145萬元。

（3）社會經濟效益。截至2016年底，據煤炭工業協會發布的數據通報，全國煤礦數量1.08萬處，其中年產120萬噸以上大型煤礦1050處，如全國推廣一年可減排標準煤1607萬噸、二氧化碳1420萬噸、二氧化硫71.76萬噸、氮氧化物51.53萬噸。

9 推廣前景

實現主煤流運輸系統自動化、集約化、高效節能的目標，提高礦井的安全生產管理水平。

變設備故障事后處理為超前預控，延長了設備的使用壽命，減少了事故發生的可能性。

杜絕人為誤操作帶來的安全傷害，降低了安全風險。

為帶式輸送機運輸系統自動化、智能化運行開辟了新思路響應了國家的節能降耗、綠色生產的號召，推廣應用后效益可觀。

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