礦山風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與分析

丁 輝,賈 民,呂 亮

（銅川礦業(yè)有限公司金華山煤礦,陜西 銅川 727000）

1 選題的意義

風(fēng)機(jī)是應(yīng)用面最廣、應(yīng)用量最大的通用性機(jī)械，也是煤礦生產(chǎn)中主要耗能設(shè)備。煤礦通風(fēng)設(shè)備電耗占生產(chǎn)電耗的比例非常高，最高的甚至可達(dá)40%以上，對(duì)電能和資金的浪費(fèi)非常大，加大了企業(yè)生產(chǎn)的成本，造成了資源的浪費(fèi)。而且能源是國家非常重要的物資，能源的大量浪費(fèi)已成為制約我國發(fā)展的因素之一，因此對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，減少企業(yè)的成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，避免資源的浪費(fèi)是很有必要的。

2 風(fēng)機(jī)應(yīng)用中存在的問題

根據(jù)大量調(diào)查資料的數(shù)據(jù)表明，我國目前使用的風(fēng)機(jī)的效率比較低下。在風(fēng)機(jī)選擇上，通常把系統(tǒng)的風(fēng)壓裕度及最大風(fēng)量作為選型的標(biāo)準(zhǔn)，但風(fēng)機(jī)的系列、型號(hào)有限的，在選取不到合適的型號(hào)時(shí)就往上靠，使裕度大于需要的20～30%。

而且我國各類機(jī)械與風(fēng)機(jī)配套的電機(jī)占電機(jī)裝機(jī)量的一大半，但大多數(shù)風(fēng)機(jī)在使用過程中都存在大馬拉小車的現(xiàn)象，而且許多地方仍通過人為增加阻力（通過調(diào)節(jié)檔板或出口風(fēng)門的開度）的方式來控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和流量的，因此風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓除了克服管道的阻力，還被風(fēng)門和擋板額外增加的阻力所消耗，增大了管路系統(tǒng)的損失。這種落后的調(diào)節(jié)方式，造成了大量寶貴能源的浪費(fèi)，而且這種方式調(diào)節(jié)精度差，不利于風(fēng)機(jī)的節(jié)能運(yùn)行，很難滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)等方面的要求。

3 風(fēng)機(jī)中采取的主要節(jié)能措施

無論什么風(fēng)機(jī)都要求在選型、配套方面力求合理。使風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量和工作壓力盡量符合生產(chǎn)工藝要求，這樣風(fēng)機(jī)的使用率就經(jīng)常保持在高效區(qū)。如果選型不適合，余量太大，將會(huì)造成運(yùn)行效率低下，浪費(fèi)能源。造成選型不當(dāng)?shù)脑蚴秋L(fēng)機(jī)型號(hào)與規(guī)格與實(shí)際不符，配套電機(jī)的規(guī)格與風(fēng)機(jī)功率差別比較大，降低了電機(jī)的負(fù)載率。

選取各種調(diào)速方式，減少節(jié)流損失。由于對(duì)管網(wǎng)阻力計(jì)算誤差，又擔(dān)心計(jì)算出的壓力和流量滿足不了施工需求，或著沒有適合規(guī)格的風(fēng)機(jī)以及電機(jī)，只能從高、從大選擇，造成多數(shù)風(fēng)機(jī)的額定流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工作流量，額定壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工作壓力，因此使風(fēng)機(jī)多使用節(jié)流運(yùn)行的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。這種運(yùn)轉(zhuǎn)方式至少浪費(fèi)了20%以上的資源。因此要采用調(diào)速控制的方式是避免節(jié)流損失。

4 風(fēng)機(jī)調(diào)速的基本方法

在使用中，企業(yè)會(huì)經(jīng)常根據(jù)需要改變風(fēng)機(jī)的流量或壓力，這種以變應(yīng)變的人工干預(yù)稱作調(diào)節(jié)。因?yàn)槠髽I(yè)的“變化”是絕對(duì)的、經(jīng)常的，而風(fēng)機(jī)的性能卻是相對(duì)的、暫時(shí)的。因此對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員調(diào)節(jié)是一個(gè)非常重要的技術(shù)要求。

風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)的基本原理是通過改變風(fēng)機(jī)本身的特性曲線，或外部管網(wǎng)特性曲線，或兩者同時(shí)改變之，以得到所需的工況。風(fēng)量的具體方法可以分為兩大類，一是風(fēng)機(jī)恒速的調(diào)節(jié)，另一個(gè)是風(fēng)機(jī)調(diào)速的調(diào)節(jié)。

風(fēng)機(jī)調(diào)速時(shí)的風(fēng)量控制：變速調(diào)節(jié)是利用改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量的。對(duì)于同一部風(fēng)機(jī)來說，風(fēng)機(jī)的流量與轉(zhuǎn)速成正比，而產(chǎn)生的風(fēng)壓和轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和流量也會(huì)隨著相應(yīng)的改變，改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)范圍最大，經(jīng)濟(jì)性最佳的調(diào)節(jié)。

電機(jī)的調(diào)速方式是多樣的，但變頻調(diào)速是好的調(diào)速方案，它可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，并可方便實(shí)現(xiàn)恒定風(fēng)壓或恒定流量的選擇和控制。

在風(fēng)量隨時(shí)間變化較大中，選用風(fēng)機(jī)的調(diào)速的調(diào)速控制方式是節(jié)電的有效措施。在使用簡(jiǎn)單而效率不高的調(diào)速方法時(shí)，初期投資小而且運(yùn)行費(fèi)用高；但是在選用復(fù)雜而效率高的調(diào)速方法時(shí)，則正好相反。從長(zhǎng)期節(jié)能的觀點(diǎn)來看，應(yīng)著眼于高效率的方式。選用合理的調(diào)速控制方法，其節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益補(bǔ)償初期可在1～3年內(nèi)回收。

對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速屬于一種減少空氣動(dòng)力的節(jié)電方法，它和傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量方法相比較有著明顯的節(jié)電效果。

大量的理論和實(shí)踐告訴我們，對(duì)于大量要求調(diào)節(jié)流量的風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制是既能方便地滿足生產(chǎn)工藝要求，又能大量節(jié)約能源的最優(yōu)方案。

5 電力電子變壓變頻的基本原理

變頻器主要完成兩項(xiàng)電量變換功能，一是改變對(duì)用電設(shè)備的供電頻率；二是改變對(duì)負(fù)載的供電電壓，實(shí)質(zhì)是指變頻、調(diào)壓的原理與方法，其構(gòu)成原理如圖所示。

圖1 交-直-交變頻器工作原理圖

工作原理如圖所示，輸入級(jí)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行濾波，其目的是消除諧波及電網(wǎng)干擾，然后利用壓敏電阻旁路掉尖峰脈沖，防止燒毀后級(jí)變頻單元；在經(jīng)過整流、濾波、逆變環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)輸出頻率及電壓的改變，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的。

6 結(jié)束語

調(diào)速控制的方法有很多種，無論是選擇哪種調(diào)速方案都應(yīng)該從實(shí)際情況出發(fā)，具體分析，因地制宜，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、使用維護(hù)等方案比較后做出決定。

在風(fēng)機(jī)節(jié)能應(yīng)用中，引進(jìn)變頻調(diào)速的節(jié)能方法，能達(dá)到很好的節(jié)能效果，同時(shí)，變頻調(diào)速也能降低風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)各機(jī)械部件的使用壽命，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，由于變頻器具有完善的各類保護(hù)作用，能對(duì)設(shè)備起到很好的保護(hù)作用，有效的降低了設(shè)備日常的維修成本。近幾年，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷推廣與應(yīng)用，從實(shí)踐結(jié)果來看，得到了良好經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與社會(huì)效應(yīng)。因此智能型功率集成電路的新交流變頻傳動(dòng)裝置是未來風(fēng)機(jī)調(diào)速發(fā)展的方向。

[1]孫樹樸.電力電子技術(shù)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2000.

[2]李鐵軍,朱成實(shí),葉龍.變頻技術(shù)在風(fēng)機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用[J].沈陽:沈陽化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,2008.