煤礦帶式輸煤系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)探討

郝弘毅+白燕清

摘 要：文章針對目前煤炭企業(yè)皮帶輸煤系統(tǒng)中經(jīng)常處于“大馬拉小車”的狀態(tài)，存在電能浪費的問題，提出相應(yīng)的策略，已達(dá)到節(jié)約電能、增收的目的。

關(guān)鍵詞：視頻節(jié)能；自動化控制；變頻器；節(jié)能環(huán)保

中圖分類號：TD528 文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)，帶式輸送機已經(jīng)成為主要的生產(chǎn)運輸設(shè)備。為了滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要和擴大規(guī)模等問題，帶式輸送機在驅(qū)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(wěn)定，導(dǎo)致帶式輸送機運量不足，經(jīng)常處于“大馬拉小車”的狀態(tài)。帶式輸送機一般都是以固定速度運行，所以帶式輸送機驅(qū)動電機做功效率就會降低，耗費大量電能，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。降低帶式輸送機的生產(chǎn)電耗已經(jīng)成為企業(yè)迫切需要解決的問題，引起了許多工程技術(shù)人員的關(guān)注。

本文根據(jù)煤礦企業(yè)煤炭生產(chǎn)的實際情況，探討帶式輸送機電氣節(jié)能的方法。通過對帶式輸送機煤流量的分析，結(jié)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(jié)能效果，根據(jù)不同的運量選擇合理的帶速，本文采用了視頻控制變頻調(diào)速技術(shù)的控制策略。最后用理論計算的方法驗證了節(jié)能效果，帶式輸送機電氣節(jié)能技術(shù)前景廣闊。

1 現(xiàn)狀分析

帶式輸送機是煤礦的主要運輸設(shè)備，由于開采條件和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的特殊性，無法保持帶式輸送機運煤量均勻，導(dǎo)致系統(tǒng)或單臺帶式輸送機在負(fù)載較輕或無負(fù)載的狀態(tài)下運行時間較長，不僅造成額定（或設(shè)定）轉(zhuǎn)速下運行的電能浪費，而且也使帶式輸送機傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動部件、膠帶形成無效磨損，同時縮短了設(shè)備使用壽命。

根據(jù)運輸環(huán)節(jié)條件和運輸量，雖定期進(jìn)行了人工設(shè)定調(diào)速，但節(jié)能效果尚不明顯。近年多家科研院所對帶式輸送機節(jié)能進(jìn)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(shè)備控制帶速實現(xiàn)節(jié)能， 但目前尚無有效、可靠的方案達(dá)到實時檢測運輸量變化、運輸量分布，并利用變頻設(shè)備真正實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)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(dāng)整個生產(chǎn)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(zhuǎn)狀態(tài)中，并且各個皮帶的啟動都需要安排工作人員進(jìn)行。這種啟動方式因為皮帶空轉(zhuǎn)導(dǎo)致電能的浪費，同時加大了人力成本。

我們經(jīng)過長期的工程實踐經(jīng)驗、現(xiàn)場觀察，總結(jié)出以下幾個問題：（1）操作員不對皮帶進(jìn)行手動調(diào)速；（2）傳統(tǒng)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(tǒng)不能自動根據(jù)煤量，進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)；（4）監(jiān)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(shè)計冗余量過高大馬拉小車；（7）變頻調(diào)速設(shè)備普及率不高；（8）已有變頻受檢測手段制約；（9）高速運轉(zhuǎn)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(yè)控制”做到“預(yù)先報警與現(xiàn)場控制相結(jié)合、及時處置與事后查證相結(jié)合”，利用“傳感設(shè)備、智能分析設(shè)備、控制設(shè)備”形成一個智能化、多功能、全天候的動態(tài)綜合節(jié)能安全管理平臺。

3 智能視頻變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖

4 目標(biāo)的實現(xiàn)

（1）對采用變頻器驅(qū)動的系統(tǒng)和可調(diào)速的系統(tǒng)，通過對控制系統(tǒng)的改造實現(xiàn)系統(tǒng)的速度自動調(diào)節(jié)，與煤流量形成閉環(huán)調(diào)節(jié)；（2）控制流程工藝結(jié)合現(xiàn)有的驅(qū)動方式，建立數(shù)據(jù)控制模型，以降低系統(tǒng)能耗；（3）各個控制站規(guī)劃到統(tǒng)一的控制網(wǎng)絡(luò)中；（4）增加相應(yīng)傳感器，以提高系統(tǒng)整體控制精度，進(jìn)一步節(jié)約能耗；（5）可視化實現(xiàn)無人值守是用傳感器代替人員完成對系統(tǒng)的監(jiān)管；（6）傳統(tǒng)工藝下的故障排查有專人負(fù)責(zé)，即使這樣，故障發(fā)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(fā)生時，準(zhǔn)確的將故障點提供給檢修人員；（7）傳統(tǒng)的設(shè)備管理由人員記錄，定期維護(hù)，這樣就造成不必要的停機時間，設(shè)備壽命管理則可以代替人員，對設(shè)備監(jiān)理管理檔案，可提前計劃，提前報警；（8）制定相應(yīng)的管理制度，使設(shè)備物盡其用，以減少浪費。

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

5 智能視頻分析系統(tǒng)

采用智能視頻技術(shù)，充分利用計算機網(wǎng)絡(luò)和邏輯控制技術(shù)，實時實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)采集、加工集成應(yīng)用，提高企業(yè)資源和資金的利用效率，降低成本和費用，是當(dāng)今企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的一大方向。我們積極研發(fā)“煤礦安全生產(chǎn)視頻智能系統(tǒng)”，完成了斜井皮帶運輸在線安全監(jiān)控系統(tǒng)、帶式輸送機視頻分析控制系統(tǒng)，以及結(jié)合綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)主要生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點的安全生產(chǎn)視頻監(jiān)視和控制，并實現(xiàn)對安全生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能可視化管理。

在實現(xiàn)異物出現(xiàn)檢測的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對皮帶機尾是否有煤進(jìn)行檢測報警。

6 實現(xiàn)的方法endprint

在上游皮帶運輸機安裝攝像機，實時監(jiān)測煤流量的變化。通過算法根據(jù)設(shè)定的規(guī)則檢測設(shè)備發(fā)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(zhuǎn)速，進(jìn)行調(diào)速。

算法中設(shè)定的規(guī)則可對各種工況的皮帶運輸機進(jìn)行調(diào)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(shè)定一個檢測區(qū)域，上游皮帶運輸機煤流經(jīng)過檢測區(qū)域流量發(fā)生變化時，根據(jù)設(shè)定的規(guī)則檢測設(shè)備發(fā)出信號給PLC控制主機，利用變頻設(shè)備控制電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)下游膠帶運輸機高、中、低、怠速四擋自動切換，達(dá)到調(diào)速節(jié)電的目的。同時檢測皮帶是否來料的狀態(tài)，啟停皮帶。

7 系統(tǒng)在線設(shè)備故障自檢

通過監(jiān)控主機對整個調(diào)速系統(tǒng)的所有前端設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測，當(dāng)任何一個部位的前端設(shè)備發(fā)生異?；虺霈F(xiàn)故障時，監(jiān)測控制設(shè)備及時的調(diào)轉(zhuǎn)到皮帶正常運行狀態(tài)，暫時性的隔離出調(diào)速系統(tǒng)，同時現(xiàn)場語音箱以語音的方式報警給現(xiàn)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(dāng)故障處理完成，系統(tǒng)即可恢復(fù)到正常運行狀態(tài)。

8 安裝系統(tǒng)后的節(jié)能效果

某煤礦共安設(shè)了10部主運輸膠帶機，長達(dá)13000米。總安裝負(fù)荷為31060kW，運行負(fù)荷為21490kW，約占礦總負(fù)荷的36%左右。采取CST驅(qū)動的輸送機3部，變頻驅(qū)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(jié)電率 17.8%，每天可節(jié)電3987度，節(jié)省電費2，233元。

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

每年托輥節(jié)省費用=35941*0.0238*0.3*0.18=46.19萬元。

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

節(jié)省膠帶經(jīng)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(xiàn)3個生產(chǎn)班，實現(xiàn)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(jīng)濟效益=3*6*0.02*24*12*1.4=145萬元。

（3）社會經(jīng)濟效益。截至2016年底，據(jù)煤炭工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)通報，全國煤礦數(shù)量1.08萬處，其中年產(chǎn)120萬噸以上大型煤礦1050處，如全國推廣一年可減排標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)主煤流運輸系統(tǒng)自動化、集約化、高效節(jié)能的目標(biāo)，提高礦井的安全生產(chǎn)管理水平。

變設(shè)備故障事后處理為超前預(yù)控，延長了設(shè)備的使用壽命，減少了事故發(fā)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(fēng)險。

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

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