論煤礦供電及主要耗能設(shè)備的節(jié)能與降耗

高景亮

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行的根本，而隨著市場競爭的日益激烈及企業(yè)為獲得較高的經(jīng)濟效益，節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用被煤礦企業(yè)作為重點進行考慮。本文結(jié)合實際情況，對煤礦供電及主要耗能設(shè)備的節(jié)能與降耗技術(shù)進行了分析，并舉例對其改造實施效果進行了分析，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)備的運行分析，做好節(jié)能降耗應(yīng)強化節(jié)能技術(shù)的使用，如采用變頻器、節(jié)電器等電氣元件對煤礦生產(chǎn)電氣設(shè)備實施改造，可對實現(xiàn)節(jié)能發(fā)揮有用價值。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)進行了研究，并取得了一定效果，以下對變頻器、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)動電動機實現(xiàn)機械運動，與實現(xiàn)對工作系統(tǒng)的運動控制及節(jié)能控制。而要實現(xiàn)以上目的，必須依靠傳感器、計算機控制器、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算機控制器，可將其作為計算機控制運算的依據(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；對系統(tǒng)控制而言，變頻器控制是主要方式，即計算機控制其輸出模擬信號至變頻器，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），從而起到控制電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)目的。其三，計算機控制器；基于變頻器而實現(xiàn)的調(diào)速控制，其實施計算機控制的目的在于改善控制過程動態(tài)品質(zhì)，其可實現(xiàn)最大限度節(jié)約電能目的。

而對于變頻器而言，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)。通常，變頻器可接受PLC發(fā)出的信號，且工頻、交流輸入信號可通過變頻器轉(zhuǎn)化為電壓頻率可變的交流輸出信號，即可實現(xiàn)對電動機調(diào)速，具體如公式1所示。其中，f1為頻率，p為繞組磁極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)變差。實施變頻調(diào)速時，電機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控制變頻器信號輸出，即實現(xiàn)了對電機調(diào)速的目的，從而起到節(jié)能作用。

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

電動機的主要作用在于在工礦企業(yè)將電能轉(zhuǎn)化為機械能，以推動機械設(shè)備做功的一種裝置。而在電動機選型中，通常會在額定功率基礎(chǔ)上增加一定裕量，以滿足實際生產(chǎn)需要及減少電機超負(fù)荷使用而帶來的電機使用壽命降低及安全問題。從電動機設(shè)計及運行效率可知，電動機的負(fù)載會隨著實際需求而發(fā)生變化；而結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)實際，大多存在大功率電機帶動設(shè)備進行小負(fù)荷運行的情況。而從電動機運行輸送功率而言，電動機在滿負(fù)荷運行情況下即可實現(xiàn)電能利用效率最高；相反，在輕載狀態(tài)下，運行效率最低。其主要原因是當(dāng)電機在滿載變化至輕載、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，從而造成電動機運行效率的減小，進而出現(xiàn)效率低的情況。

在電動機運行中，適當(dāng)降低定子電壓，則電動機的電壓可按照公式進行計算，U1為定子感應(yīng)電動勢；N1為定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；F1、K、N1為常數(shù)。

由以上所得，由于輕載、空載時的定子電流小，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，在其他條件不變的情況下，PFel為定子鐵耗；PfelN為定子額定鐵耗；UN為定子額定端電壓。

隨著U1的降低，PFel則以平方比的形式迅速降低；而同時，可以得出當(dāng)輕載、空載時為主的損耗則大量減少，進而可使得電動機的運行效率大大升高。以上則為電動機節(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)用實例及分析

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

皮帶機屬于煤礦生產(chǎn)主要的運輸設(shè)備，也是重要能耗設(shè)備，采用變頻節(jié)能技術(shù)實施節(jié)能改造將對其應(yīng)用具有積極意義及價值。具體來講，皮帶機節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計的核心裝置為變頻器，即通過變頻器，采取智能控制算法對皮帶運輸機的負(fù)荷進行優(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、超溫、灑水等多項保護。物流傳感器的價值主要在于監(jiān)測煤皮帶機的上煤狀態(tài)，故而該類傳感器一般常安放在皮帶機尾部及落煤點附近。速度傳感器的主要目的在對皮帶機的運轉(zhuǎn)速度進行監(jiān)測與調(diào)節(jié)；即當(dāng)皮帶機處于變速運行時，通過對速度的檢查對防止皮帶機打滑等效果具有積極作用，其也可以根據(jù)落煤情況對速度進行調(diào)節(jié)。此外，變流傳感器的主要作用在于實現(xiàn)對皮帶機的軟停、軟啟的控制，其目的在于減少皮帶機啟動過快而造成的隱患及事故發(fā)生，對于保證安全及穩(wěn)定運行具有積極價值。

2.2節(jié)電器在電動機節(jié)能降耗的應(yīng)用實例及分析

綜合現(xiàn)有情況，電動機節(jié)電器在煤礦生產(chǎn)設(shè)備中應(yīng)用是通過計算機對電機負(fù)荷進行檢測，從而分析電機的負(fù)荷及趨勢，進而計算出供給電動機的最佳電壓及電流，以使節(jié)電器能快速對可控硅的導(dǎo)通角進行控制，進而對電機供電電壓實施控制，以便使得劍姬的輸出及負(fù)荷轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)有效匹配，從而滿足電動機在空載及多負(fù)荷狀態(tài)下保持恒定的電機效率。而對于電動機節(jié)電器使用，其有以下特點，具體如下：

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

其二，節(jié)電器的使用，可通過對電流、電壓的實時監(jiān)測而實現(xiàn)對電動機運行的全面保護，如電動機運行中所發(fā)生的過載、限流及短路等情況，有利于電動機正常安全運行，而也可實現(xiàn)當(dāng)電動機線路發(fā)生故障時，啟動旁路自動運行，有利于保證生產(chǎn)穩(wěn)定。如在對神東煤礦某選煤廠兩臺煤泥離心機采用節(jié)電器進行節(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的電能利用效率，實現(xiàn)了節(jié)能的目的，并證實了其價值，

3 結(jié)束語

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

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（作者單位：華晉焦煤有限責(zé)任公司）