膠帶輸送機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能運(yùn)行

姜 鵬

(神華神東煤炭集團(tuán)公司神東露天煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

目前，國內(nèi)井工煤礦井下采用變頻器拖動的膠帶輸送機(jī)較為普遍，但大都利用了其軟啟動的功能，并沒有真正發(fā)揮出變頻器的其它優(yōu)勢。膠帶輸送機(jī)在正常工作的情況下，皮帶上均勻分布的貨量并不大，如果能在保證安全生產(chǎn)的情況下降速運(yùn)行，不僅可以減少膠帶輸送機(jī)運(yùn)行過程中滾筒、托輥、皮帶等摩擦件的磨損，同時也能節(jié)約電能，這對企業(yè)來說具有非常重大的經(jīng)濟(jì)意義和社會意義。

1 降速運(yùn)行的理論分析

大柳塔煤礦5-2煤主運(yùn)膠帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)的最大過煤量4 500 t/h，帶速4.5 m/s。由于帶速與輸送能力呈線性關(guān)系(如圖1)，因此降速必然會導(dǎo)致輸送能力下降。

圖1 帶速與運(yùn)載能力

目前，5-2煤主運(yùn)膠帶輸送機(jī)主要服務(wù)于連采1膠帶輸送機(jī)，連采2膠帶輸送機(jī)，綜采(52303)順槽膠帶輸送機(jī)的上煤量。表1列出了各個工作面在正常工作情況下的過煤量。

表1 上煤工作面的過煤量

備注：綜采順槽膠帶輸送機(jī)按平均每天生產(chǎn)18 h，出煤量32 000 t計(jì)算。

降速運(yùn)行首先要保證的是不灑煤，因此主運(yùn)膠帶機(jī)的運(yùn)載能力必須大于實(shí)際運(yùn)行的綜連采工作面出煤量。理論上，當(dāng)52303綜采工作面停機(jī)時5-2煤主運(yùn)膠帶輸送機(jī)以1 m/s(11 Hz)以下的帶速就可以滿足2個連采工作面的上煤量，但是考慮到低頻運(yùn)行時電機(jī)的發(fā)熱比較嚴(yán)重，所以在實(shí)際操作中最低帶速設(shè)置為2.0 m/s。實(shí)際的情況是綜采工作面最快40 min割1刀煤(2 000 t)，這樣計(jì)算出的綜采順槽膠帶機(jī)的最大運(yùn)量Qmax=2 000/0.667=3 000 t/h。

再加上2個連采工作面膠帶輸送機(jī)同時上煤時，最大出煤量不會超過3 400 t/h。因此綜連采同時工作時5-2煤主運(yùn)膠帶機(jī)采用3.6 m/s的帶速(運(yùn)量3 600 t/h)，就可以滿足安全生產(chǎn)要求。圖2展示了調(diào)速使用的帶速范圍和運(yùn)載能力。

圖2 調(diào)速使用的帶速范圍

2 系統(tǒng)構(gòu)成

大柳塔煤礦5-2煤主運(yùn)膠帶輸送機(jī)采用7臺1 000 kW變頻器驅(qū)動，膠帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭4臺，中驅(qū)3臺。變頻主機(jī)位于膠帶機(jī)機(jī)頭，其他從機(jī)受主機(jī)控制，跟隨主機(jī)運(yùn)行。因此將調(diào)速控制器系統(tǒng)安裝到膠帶機(jī)機(jī)頭配電硐室，靠近變頻器主機(jī)。調(diào)速控制系統(tǒng)只需要控制變頻主機(jī)，就可以調(diào)整5-2煤主運(yùn)膠帶輸送機(jī)的帶速。

為了能夠根據(jù)綜連采的啟停、功率、過煤量進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)，調(diào)速控制器系統(tǒng)需從井下環(huán)網(wǎng)中獲取綜連采工作面運(yùn)行數(shù)據(jù)來保證主運(yùn)系統(tǒng)膠帶機(jī)的安全調(diào)速，所需數(shù)據(jù)見表2。

表2 綜連采獲取數(shù)據(jù)情況表

變頻膠帶機(jī)能夠做調(diào)速控制，需要相關(guān)聯(lián)設(shè)備的基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)，這主要得益于大柳塔礦井下完善的控制、數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)。

3 實(shí)施方案和計(jì)劃

大柳塔煤礦5-2煤主運(yùn)膠帶輸送機(jī)出現(xiàn)任何故障將導(dǎo)致全礦停產(chǎn)，因此在調(diào)速控制項(xiàng)目實(shí)施的過程中，膠帶機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的保障措施是前提，當(dāng)調(diào)速控制器系統(tǒng)出現(xiàn)任何問題時應(yīng)能迅速恢復(fù)生產(chǎn)。該項(xiàng)目分2個階段，由易到難，分階段層層推進(jìn)。

3.1 安全保障措施

非調(diào)速運(yùn)行：變頻主機(jī)具有偵測調(diào)速控制系統(tǒng)斷電、掉線的功能，一旦監(jiān)測到調(diào)速控制系統(tǒng)不正常，將自動恢復(fù)到滿速運(yùn)行狀態(tài)(如圖3)。這樣就通過切斷調(diào)速控制系統(tǒng)的電源迅速還原到非調(diào)速狀態(tài)下進(jìn)行生產(chǎn)。

圖3 系統(tǒng)自動還原

穩(wěn)定性偵測：調(diào)速控制器系統(tǒng)從環(huán)網(wǎng)獲取的數(shù)據(jù)都具有穩(wěn)定性偵測功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定將立刻提速運(yùn)行。

非對稱變速：調(diào)速過程中采用迅速提速，延時降速的原則。也就是，當(dāng)發(fā)現(xiàn)順槽膠帶機(jī)煤量、功率大的時候立刻提速運(yùn)行；當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤量、功率降低一定程度后延時一段時間降速運(yùn)行。這樣既保證了安全生產(chǎn)，又能降低頻繁調(diào)速帶來的設(shè)備磨損。

3.2 階段1——根據(jù)啟停進(jìn)行調(diào)速

當(dāng)接收到綜采工作面的運(yùn)行信號后，將主運(yùn)膠帶機(jī)提升到3.6 m/s的帶速運(yùn)行。當(dāng)綜采工作面停止運(yùn)行，只有連采工作面運(yùn)行的情況下，將降速到2.0 m/s的帶速運(yùn)行。這一階段的工作簡單，但是主要的目的是考驗(yàn)2.0 m/s和3.6 m/s是否能滿足生產(chǎn)的要求。

3.3 階段2——根據(jù)功率、煤量進(jìn)行調(diào)速

將結(jié)合綜采順槽膠帶機(jī)的功率信號和皮帶秤的過煤量信號進(jìn)行調(diào)速控制。順槽膠帶機(jī)的功率可以反映出全帶的平均煤量，而皮帶秤能反映出皮帶上的瞬時煤量。

有時順槽膠帶機(jī)功率不大，但某一段的煤量卻非常大，此時應(yīng)迅速提升主運(yùn)膠帶輸送機(jī)的帶速，圖4展示了這種情況，否則會出現(xiàn)灑煤的情況。

圖4 皮帶秤測量瞬間煤量過大

皮帶秤測量過煤量具有局限性，如某一秒測量到的煤量數(shù)據(jù)為零，而下一秒有可能出現(xiàn)較多的煤量，這樣調(diào)速控制器根據(jù)皮帶秤測量的過煤量數(shù)據(jù)來提高主運(yùn)膠帶機(jī)的運(yùn)行速度為時已晚，就會出現(xiàn)堵漏煤嘴或撒煤等現(xiàn)象。但是此時功率卻能很好地反映出這一狀態(tài)，圖5展示了這種情況，此時應(yīng)該根據(jù)功率立刻提高主運(yùn)膠帶機(jī)的運(yùn)行速度。

圖5 順槽膠帶機(jī)平均功率大但過煤量為零

最終的帶速提升選擇應(yīng)根據(jù)過煤量和功率計(jì)算值的較大者作為實(shí)際帶速，這樣就保證了順槽膠帶機(jī)瞬時煤量大或滿皮帶煤量時5-2煤主運(yùn)膠帶機(jī)的帶速都能得到迅速的提升。

4 變頻調(diào)速運(yùn)行情況和節(jié)能效果

4.1 變頻調(diào)速運(yùn)行情況

膠帶機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由主運(yùn)大巷膠帶機(jī)、1部綜采面順槽膠帶機(jī)及2部連采面順槽膠帶機(jī)構(gòu)成，主運(yùn)膠帶機(jī)通過井下環(huán)網(wǎng)采集綜采順槽膠帶機(jī)、連采順槽膠帶機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)綜連采膠帶機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)速，分兩級調(diào)速。①當(dāng)綜采順槽膠帶機(jī)停止時，大巷膠帶機(jī)帶速為2 m/s，滿速的44%，頻率22 Hz；②當(dāng)綜采順槽膠帶機(jī)運(yùn)行時，大巷膠帶機(jī)帶速為3.6 m/s，滿速的80%，頻率40 Hz。主運(yùn)膠帶機(jī)經(jīng)過試運(yùn)行，能夠滿足綜連采順槽膠帶機(jī)上貨負(fù)載的需求，安全運(yùn)行情況較好，能及時提速、降速，根據(jù)使用近2個月的觀察未出現(xiàn)灑煤、堵漏煤嘴現(xiàn)象。

4.2 變頻調(diào)速節(jié)能效果

根據(jù)主運(yùn)膠帶機(jī)不同帶速下的平均功率、運(yùn)行時間情況能夠計(jì)算出變頻運(yùn)行情況下比工頻運(yùn)行情況下的電能節(jié)約情況。表3為不同帶速平均功率表，表4為不同帶速運(yùn)行時間表。

表3 不同帶速平均功率表

表4 不同帶速運(yùn)行時間表

4.5～2 m/s變頻節(jié)能情況：平均每天節(jié)約電能W=(250-79)kW×7×1.18 h=1 412 kWh=1 412度。

4.5～3.6 m/s變頻節(jié)能情況：平均每天節(jié)約電能W=(250-196)kW×7×15.3 h=5 783 kWh=5 783度；平均每天節(jié)電7 195度，每年節(jié)電2 158 500度，年節(jié)約電費(fèi)約107.9萬元。

5 結(jié)語

經(jīng)過調(diào)速后，大柳塔煤礦5-2煤主運(yùn)膠帶輸送機(jī)的帶速最高運(yùn)行在3.6 m/s，年節(jié)約電費(fèi)約107.9萬元。由于該膠帶機(jī)的最大帶速是4.5 m/s，這樣就為以后增加順槽膠帶機(jī)的提速預(yù)留了空間，毋庸置疑隨著新的工作面的開采，變頻調(diào)速控制將能發(fā)揮出更大的價值，可以節(jié)省更多沒必要浪費(fèi)的資源。推廣和使用變頻調(diào)速進(jìn)行皮帶的控制，對礦井節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)等具有重大的意義。