淺談節(jié)能設(shè)備在礦山企業(yè)的應(yīng)用

余豐收

摘 要 礦山企業(yè)的生產(chǎn)能源主要是依靠電力，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定對礦山的生產(chǎn)起著決定性的作用，目前“綠色、環(huán)保、節(jié)能”正在成為礦山用電的核心理念，因此，我們通過對電力中的電氣節(jié)能的設(shè)計(jì)原則以及綠色照明等電氣節(jié)能降耗技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行研究分析，用以指導(dǎo)礦山企業(yè)該如何從用電方面做到節(jié)能降耗，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞 變頻調(diào)速;LED照明;節(jié)能降耗

引言

節(jié)能設(shè)備逐漸成為衡量新時(shí)代礦山的一種標(biāo)準(zhǔn)，目前節(jié)能設(shè)備有多種，比如變頻調(diào)速設(shè)備、LED照明燈具、無功補(bǔ)償?shù)榷伎梢詫?shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，企業(yè)需根據(jù)自身現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際情況，來選用適合的節(jié)能設(shè)備。

1 電氣節(jié)能降耗技術(shù)的實(shí)施和運(yùn)用

1.1 變頻器的應(yīng)用

礦山企業(yè)風(fēng)機(jī)及泵類設(shè)備較多，風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備屬于流體設(shè)備類別，是典型的平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速立方成正比，同時(shí)此類設(shè)備的壓力、流量不僅與設(shè)備結(jié)構(gòu)相關(guān)還與負(fù)載和管路相關(guān)。老式的風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備節(jié)能方式就是使用擋風(fēng)板或節(jié)流閥來控制風(fēng)和液體的流量，但擋風(fēng)板和節(jié)流閥在控制量的同時(shí)，對介質(zhì)流通產(chǎn)生了一定的阻力，使風(fēng)壓或管路壓力變大，克服阻力同樣會(huì)引起電能的損耗，所以這種方式節(jié)能效果并不明顯，但如果采用變頻調(diào)速方式控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在滿足相同風(fēng)量的情況下，根據(jù)n/T/P三者關(guān)系，功率會(huì)下降很多，下面以風(fēng)機(jī)在不同條件下工作時(shí)風(fēng)壓、流量關(guān)系舉例說明：

如圖1所示：用閥門控制減小流量時(shí)要關(guān)小閥門，此時(shí)，管路阻力增大，管路特性曲線從1到2，風(fēng)壓從F1上升到F2，流量從Q1減小到Q2，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)從C1點(diǎn)移到C2點(diǎn)。

由于風(fēng)機(jī)在其連接的管路系統(tǒng)中輸送流量時(shí)，管路的流動(dòng)阻力會(huì)隨之變化，它所產(chǎn)生的全風(fēng)壓恰好等于該管路系統(tǒng)輸送相同流量氣體時(shí)所消耗的總壓頭，因此它們之間在能量供求關(guān)系上是處于平衡狀態(tài)的，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量功率特性曲線與管道系統(tǒng)的風(fēng)量流動(dòng)阻力特性曲線的交點(diǎn)即為風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)[1]。

用變頻調(diào)速控制時(shí)，可以改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，而機(jī)械閥門開度不變，管路特性曲線也不變。風(fēng)機(jī)的工作特性取決于轉(zhuǎn)速，如果把轉(zhuǎn)速降低，風(fēng)機(jī)特性曲線將從3到4，風(fēng)機(jī)工作工作點(diǎn)將從C1點(diǎn)轉(zhuǎn)移到C3點(diǎn)，風(fēng)壓從F1下降到F3，流量從Q1也下降到Q2。

以上兩種調(diào)節(jié)方式都可以把流量Q1調(diào)至Q2，但卻得到兩個(gè)不同的工作點(diǎn)C2和C3，對應(yīng)兩個(gè)不同的壓力F2和F3，F(xiàn)2與F3的壓力差值為多余壓力，會(huì)造成不必要功率消耗，而用變頻調(diào)速控制時(shí)，根據(jù)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓及功率的比例關(guān)系，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n，可使風(fēng)機(jī)的流量Q、風(fēng)壓F和功率P都隨之相應(yīng)的改變，其關(guān)系式為：

Q/Qb=n/nb

F/Fb=（n/nb）?

P/Pb=（n/nb）?

式中nb、Qb、Fb、Pb分別是條件改變后的風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、風(fēng)量、風(fēng)壓、功率。由以上關(guān)系可以看出，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以改變風(fēng)機(jī)對應(yīng)的風(fēng)量、風(fēng)壓及所耗功率，可以滿足風(fēng)量系統(tǒng)的要求。風(fēng)機(jī)消耗的功率是按照三次方的關(guān)系下降的，節(jié)能效果較為明顯。而且由于風(fēng)機(jī)的效率隨轉(zhuǎn)速變化不是很大，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化的范圍在20%左右時(shí)，可以不考慮效率的變化。因此，采用變頻調(diào)速法能夠很好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

實(shí)例：

中國黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司原三系列鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為2000kW 10kV高壓電動(dòng)機(jī)直接拖動(dòng)離心式風(fēng)機(jī)工作，通過控制風(fēng)閥門開關(guān)度來控制風(fēng)量及風(fēng)壓，在日常工作中，閥門開度為30%～35%方能滿足生產(chǎn)需要，電動(dòng)機(jī)電流運(yùn)行時(shí)維持在96A左右。

工頻狀態(tài)下對鼓風(fēng)機(jī)半個(gè)月電量進(jìn)行周期采樣：

三系列鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)已改造，增加一臺(tái)高壓變頻器，在日常工作中，閥門開度100%，電機(jī)運(yùn)行電流為45A左右。

變頻狀態(tài)下對鼓風(fēng)機(jī)半個(gè)月電量進(jìn)行周期采樣：

由上表可得鼓風(fēng)機(jī)單日耗電量平均值約為20400KWh。比工頻狀態(tài)下降低6500KWh。按照工業(yè)用電每KWh 0.45元計(jì)算，每日節(jié)約電費(fèi)約2925元

通過數(shù)據(jù)對比，變頻調(diào)速從各個(gè)方面都優(yōu)于閥門調(diào)速，首先節(jié)電效果顯著，其次降低機(jī)械磨損，減小設(shè)備的維護(hù)量，再次電機(jī)運(yùn)行電流降低，提高了電機(jī)工作壽命，而且變頻器還具有精度高、功能豐富、保護(hù)齊全、可靠性高、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，變頻調(diào)速可以說是節(jié)能、降耗、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的理想設(shè)備[2]。

1.2 綠色節(jié)能型照明

由于礦山需要全天候生產(chǎn)作業(yè)，很多工藝環(huán)節(jié)都需要崗位人員用肉眼去觀察，所以需要照明系統(tǒng)保持良好的工作狀態(tài)，亮度充足、持久耐用才能滿足生產(chǎn)需要，目前大部分照明系統(tǒng)的燈具都以高壓鈉燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈為主，這些燈具大部分的耗電變成熱量損耗，連續(xù)工作的高熱量會(huì)使燈泡及電氣元件容易損壞，導(dǎo)致更換燈泡頻繁。相比之下，LED燈具有發(fā)光效率高、耗電量低、使用壽命長、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢，LED燈正在逐步進(jìn)入礦山，取代老式照明燈具。

在同等功率下四種燈具數(shù)據(jù)比對：

從表3數(shù)據(jù)可以看出，同等條件下，只有高壓鈉燈的發(fā)光效率高于LED燈，但是，高壓鈉燈的光譜比較集中于黃色，它的色溫比較低只有2000～2500K，而LED的色溫較高，可以達(dá)到3500～4500以上。另外高壓鈉燈的光線是向四處發(fā)射的，有很大一部分光無法到達(dá)地面，還有，高壓鈉燈的顯色指數(shù)差，只有20到40，感覺昏暗，而LED的顯色指數(shù)較高，可以達(dá)到75～80，地面亮度較高，感覺舒適，所以從實(shí)際的發(fā)光效果來看，LED反而可以比高壓鈉燈高出很多，根據(jù)燈具照射距離，選擇合適的發(fā)光角度，使用70W的LED燈具就可以取代250W的高壓鈉燈，70W的LED燈具，其輸出光通量大約有6250Lm（經(jīng)過二次光學(xué)設(shè)計(jì)，會(huì)有所損失），照射到地面時(shí)的光通量為6000Lm，250W高壓鈉燈的輸出光通量為20000Lm，但到達(dá)地面就只有不到7000Lm。由于顯色系數(shù)的差別，LED的照度修正系數(shù)為2.35倍，高壓鈉燈的修正系數(shù)為0.94倍。所以，70W的LED可以取代250W的高壓鈉燈，理論可節(jié)約近4倍電能，除高壓鈉燈以外，其他的燈具對于LED燈具都沒有可比性，LED燈具從各個(gè)方面都優(yōu)于其他燈具[3]。

2 電氣節(jié)能改造技術(shù)的意義

礦山企業(yè)可以根據(jù)自己實(shí)際情況進(jìn)行電氣節(jié)能改造，使企業(yè)完成節(jié)能降耗目標(biāo)，在選用節(jié)能設(shè)備的時(shí)候，要對其性能效果從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上進(jìn)行比較，選擇最適合現(xiàn)場生產(chǎn)的設(shè)備，提高設(shè)備效率，使生產(chǎn)成本最小化，真正達(dá)到有效節(jié)能的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 王冬梅，沈高明.礦山改造工程過程中電氣節(jié)能降耗技術(shù)的運(yùn)用[J].科技與企業(yè)，2012，（11）：144.

[2] 茅于海. LED 路燈技術(shù)真的不成熟嗎？[EB/OL].https：//www.alighting.cn/News/2008123/V18128.htm，2008-12-03.

[3] 葉亞蘭，江文豪，韋紅旗.Economic Analysis of Centrifugal Fan Regulation Mode%離心風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方式改造的節(jié)能分析[J].電力與能源，2018，39（2）：276-279，291.

作者簡介

余豐收（1986—），男，遼寧海城人，工程師，就職于中國黃金團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，主要從事電氣維護(hù)維修工作。