變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

張紅巖

【摘?要】礦用通風(fēng)機(jī)是確保煤礦生產(chǎn)安全的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)備，借助于合理化的通風(fēng)調(diào)控措施來(lái)為井下作業(yè)人員提供新鮮空氣，營(yíng)造良好的作業(yè)環(huán)境。但同時(shí)也應(yīng)注意到，礦用通風(fēng)機(jī)具有運(yùn)行功率大、效率低的顯著特點(diǎn)，且還要經(jīng)常性連續(xù)作業(yè)，這也就促使礦用通風(fēng)機(jī)成為了煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的主要耗電源頭。因而開(kāi)展合理化的節(jié)能降耗技術(shù)研究，對(duì)于減少企業(yè)生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】通風(fēng)機(jī);變頻節(jié)能技術(shù);節(jié)能效果;經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類(lèi)號(hào)：TD407?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

長(zhǎng)期以來(lái)，考慮到煤礦作業(yè)的特殊性，對(duì)于煤礦通風(fēng)設(shè)備的型號(hào)選取大都是以大功率設(shè)備為主。在煤礦通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)電力能源應(yīng)用的低效化將會(huì)帶來(lái)巨大的能耗損失。因而，需盡快開(kāi)展相關(guān)的節(jié)能技術(shù)研究并投入到實(shí)際應(yīng)用中，以降低煤礦生產(chǎn)的電能耗損，減少生產(chǎn)成本支出，并最終促使企業(yè)勞動(dòng)效率水平能得以持續(xù)提升，這一方面的問(wèn)題將是當(dāng)前廣大煤礦企業(yè)所亟需解決的一項(xiàng)主要難題。

2 變頻技術(shù)在通風(fēng)機(jī)的應(yīng)用中應(yīng)考慮的因素

2.1 能源的節(jié)約

能源的節(jié)約是將變頻技術(shù)應(yīng)用在通風(fēng)機(jī)中時(shí)首要考慮的因素。因此，在選擇相應(yīng)的變頻設(shè)備時(shí)，就應(yīng)選擇直供式的變頻設(shè)備，并檢查設(shè)備的電壓是否和供電電壓一致，這樣才能提高整個(gè)設(shè)備的使用性能。對(duì)于變頻設(shè)備的使用，還應(yīng)考慮其是否對(duì)高次諧波具有抑制作用，

避免其的使用影響其他設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻設(shè)備作為煤礦生產(chǎn)中所使用的重要設(shè)備，其的運(yùn)行安全性就在一定程度上影響著整個(gè)煤礦生產(chǎn)的安全質(zhì)量。因此，對(duì)于變頻設(shè)備的選擇，

還應(yīng)考慮變頻設(shè)備在使用時(shí)是否受正常電壓波動(dòng)的影響，倘若受影響較大，就應(yīng)避免對(duì)其的使用，否則就會(huì)給整個(gè)井下電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)影響。為了避免變頻設(shè)備在使用時(shí)出現(xiàn)鐵芯損害等問(wèn)題，就可選擇使用能耗低但效率較高的變頻設(shè)備，充分的發(fā)揮出變頻設(shè)備的使用性能，以此來(lái)為礦井生產(chǎn)活動(dòng)的安全性展開(kāi)提供一個(gè)良好的環(huán)境。

2.2 可靠安全性能

為了提高變頻通風(fēng)設(shè)備的安全可靠性能，在設(shè)置變頻設(shè)備的工作頻率時(shí)，就可設(shè)置相應(yīng)的負(fù)頻率，確保發(fā)揮出變頻設(shè)備的使用性能。此外，還應(yīng)根據(jù)風(fēng)壓和風(fēng)量的數(shù)值，對(duì)通風(fēng)機(jī)的葉片位置進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，提高變頻通風(fēng)設(shè)備的使用安全性。在礦井下，還應(yīng)定期的開(kāi)展反風(fēng)演習(xí)工作，避免出現(xiàn)緊急情況下通風(fēng)機(jī)不能正常工作的情況。此外，工作人員還應(yīng)定期的檢查通風(fēng)機(jī)設(shè)備的使用情況，確保井下的風(fēng)量正常，以此不僅可以保障井下作業(yè)人員的人身安全，而且還能為后期維修和保養(yǎng)工作的展開(kāi)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 變頻技術(shù)在通風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的重要作用

3.1 軟啟動(dòng)能夠延長(zhǎng)通風(fēng)機(jī)的使用壽命

將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在煤礦的通風(fēng)設(shè)備中，無(wú)論是通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)，還是通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，都不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，這樣也就證明了變頻技術(shù)在通風(fēng)機(jī)中的運(yùn)用具有一定的軟啟動(dòng)性能。因此，變頻節(jié)能技術(shù)的使用，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的有效保護(hù)，而且還能延長(zhǎng)通風(fēng)機(jī)的使用壽命，這樣就能有效的提高煤礦的安全生產(chǎn)水平。

3.2 降低風(fēng)機(jī)噪音

變頻技術(shù)的使用不僅具備延長(zhǎng)通風(fēng)機(jī)使用壽命的性能，而且還具備降低風(fēng)機(jī)噪音的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)變頻技術(shù)的使用，通風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的噪音就會(huì)降低，以此就能給井下煤礦工作人員采礦工作的展開(kāi)提供一個(gè)較為安靜的環(huán)境。

3.3 提高功率因數(shù)

就針對(duì)傳統(tǒng)的通風(fēng)設(shè)備而言，倘若其在運(yùn)行的過(guò)程中，存在無(wú)功率因數(shù)現(xiàn)象，就應(yīng)安裝相應(yīng)的無(wú)功率補(bǔ)償裝置，否則就會(huì)影響整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行性能。而變頻節(jié)能技術(shù)的使用，就無(wú)需安裝相應(yīng)無(wú)功率補(bǔ)償裝置，這樣不僅可以節(jié)約裝置的安裝成本，而且還能提高通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量。

3.4 節(jié)約電能

在沒(méi)有使用變頻技術(shù)之前，對(duì)于通風(fēng)機(jī)通風(fēng)量的調(diào)節(jié)一般都需要使用電氣調(diào)節(jié)的方式，或者采用機(jī)械調(diào)節(jié)的方式，但是這兩種方式的使用對(duì)于電能的消耗較大，進(jìn)而就會(huì)造成大量電力資源的浪費(fèi)。而通過(guò)在煤礦通風(fēng)設(shè)備中使用變頻節(jié)能技術(shù)，就能降低對(duì)能源資源的消耗，促進(jìn)通風(fēng)機(jī)能夠在運(yùn)行的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣不僅可以提高整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行性能，而且還能避免造成電能資源的浪費(fèi)，以此就能促進(jìn)資源的可持續(xù)發(fā)展。

4通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速應(yīng)用研究

4.1 變頻器和 PLC 的選擇

變頻器的正確選擇對(duì)于實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)最佳運(yùn)行性能和最大節(jié)能效果具有重要的作用。當(dāng)前，市場(chǎng)上的變頻器可分為交 - 交變頻器和交 - 直 - 交變頻器兩類(lèi)，前者又稱(chēng)為直接式變頻器，即可將工頻電流直接轉(zhuǎn)換為可調(diào)電流，后者稱(chēng)為間接式變頻器，是通過(guò)將工頻電流轉(zhuǎn)為直流再轉(zhuǎn)為可調(diào)電流的變頻器。PLC 主要由中央處理器、輸入 / 輸出單元、存儲(chǔ)器、電源等單元組成，中央處理器起到數(shù)據(jù)的控制、程序的存儲(chǔ)、故障的診斷、信息錯(cuò)誤的處理等作用，是 PLC 的核心控制單元。根據(jù)實(shí)際，決定選用 s7-200 型 PLC，其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉、運(yùn)行穩(wěn)定、尺寸小、存儲(chǔ)能力大、計(jì)算速度快、易于更換，且可實(shí)現(xiàn)在線程序編輯?？紤]到所研究所用通風(fēng)機(jī)特點(diǎn)，決定采用 PLC 通訊方式對(duì)變頻器進(jìn)行控制。

4.2 PLC 變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC 控制包括控制主程序、各子程序和中斷程序等部分，其中主程序?qū)崿F(xiàn)各個(gè)程序的控制和電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的控制，子程序和中斷程序?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)的過(guò)載、過(guò)壓等保護(hù)作用和程序啟動(dòng)的初始化檢查等。在 PLC 主程序啟動(dòng)前，相應(yīng)子程序作用進(jìn)行自檢，若正常則啟動(dòng)主程序進(jìn)而實(shí)施電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速，同時(shí)根據(jù)所測(cè)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯情況來(lái)實(shí)現(xiàn) PLC 相應(yīng)控制程序的啟停。根據(jù)規(guī)定，電動(dòng)機(jī)附近 20 m 范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛炔辉试S超過(guò) 1.5%，否則立即切斷電源。鑒于現(xiàn)場(chǎng)條件的多變性，且隨著采掘工作面的不斷下延，采掘區(qū)域瓦斯?jié)舛茸兓^大，故對(duì)瓦斯?jié)舛葏^(qū)域進(jìn)行模糊劃分，在相應(yīng)的瓦斯?jié)舛葏^(qū)域內(nèi)設(shè)定相應(yīng)的電源頻率，進(jìn)而改變通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)所需風(fēng)量的控制。根據(jù)通風(fēng)機(jī)工作地點(diǎn)情況，將瓦斯?jié)舛?分 為 0 ～0.5%、0.5% ～0.8%、0.8% ～1.0%、1.0%～1.3%、1.3%～1.5%和>1.5%六個(gè)區(qū)域等級(jí)，其對(duì)應(yīng)的電源頻率分別為 31 Hz、35 Hz、40 Hz、45 Hz、50 Hz 和 0，相應(yīng)的變頻器輸出電壓分別 6V、6.8 V、8 V、9.2 V、10 V 和 0，其中當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò) 1.5%時(shí)，程序自動(dòng)中斷，電動(dòng)機(jī)停電。

5應(yīng)用效果分析

在通風(fēng)機(jī)實(shí)行變頻調(diào)速前月耗電 12.2 萬(wàn) kWh，采用變頻調(diào)速后降低了約 7 萬(wàn) kWh，根據(jù)當(dāng)前電價(jià)0.8 元 / kWh，計(jì)算可得通過(guò)通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速，可節(jié)約電費(fèi)約 5.6 萬(wàn)元 / 月。由此可知，通過(guò)變頻調(diào)速可大幅度節(jié)約通風(fēng)機(jī)所耗電能。另外，通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，可有效提高通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命，對(duì)于煤礦節(jié)支降耗具有重要的作用。另外，鑒于煤礦所用大型機(jī)電設(shè)備較多，鑒于變頻調(diào)速的優(yōu)越性，可考慮在通風(fēng)、提升運(yùn)輸和排水等系統(tǒng)應(yīng)用，有利于提高礦井自動(dòng)化和智能化水平，為礦山節(jié)約大量的電能資金投入，具有積極意義。

結(jié)束語(yǔ)

不斷的將變頻節(jié)能技術(shù)運(yùn)用在煤礦通風(fēng)機(jī)中，對(duì)于有效的促進(jìn)煤礦生產(chǎn)活動(dòng)的安全性展開(kāi)以及實(shí)現(xiàn)能源資源的有效節(jié)約都具有至關(guān)重要的作用。因此，我們應(yīng)首先認(rèn)識(shí)與了解通風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)節(jié)能原理和變頻技術(shù)在通風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的重要作用，進(jìn)而將變頻節(jié)能技術(shù)高效的應(yīng)用在煤礦的通風(fēng)機(jī)中，這樣就能提高整個(gè)煤礦生產(chǎn)的安全性，進(jìn)而就能有效的減少企業(yè)的生產(chǎn)成本，確保提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：山東能源棗礦集團(tuán)田陳煤礦）