變頻技術(shù)在礦井主扇風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

劉占棟

(陽(yáng)泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司一礦，山西 陽(yáng)泉 045000)

0 引言

在煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)中，隨著開(kāi)采持續(xù)推進(jìn)，實(shí)際工作中的風(fēng)機(jī)所需功率與原設(shè)計(jì)功率存在顯著差異[1-2]。礦井主扇風(fēng)機(jī)是煤礦通風(fēng)的重要設(shè)備，通風(fēng)不暢會(huì)危及礦井安全和礦工生命。在日常工作中煤礦通風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率比煤礦正常生產(chǎn)所需功率要高得多，礦井風(fēng)機(jī)全年運(yùn)轉(zhuǎn)率高達(dá)100%，耗電量巨大。變頻調(diào)速技術(shù)是上世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的，其精度高而且高效節(jié)能，因此成為調(diào)速首選[3-6]。

隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，提高礦井主扇風(fēng)機(jī)的工作效率，實(shí)現(xiàn)礦井風(fēng)機(jī)的節(jié)能降耗，是當(dāng)前煤炭企業(yè)需要解決的重要問(wèn)題之一。為此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)踐，對(duì)主扇風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)及節(jié)能改造進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 主扇風(fēng)機(jī)存在的問(wèn)題及變頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 主扇風(fēng)機(jī)存在的問(wèn)題

電能浪費(fèi)嚴(yán)重：大多煤礦企業(yè)設(shè)計(jì)年限在60 a以上。從投產(chǎn)到穩(wěn)定開(kāi)采約10 a，在傳統(tǒng)條件下，可以通過(guò)改變主扇風(fēng)機(jī)的葉片或是改變擋風(fēng)板角度調(diào)節(jié)風(fēng)量，無(wú)形中造成了能耗浪費(fèi)，加大了生產(chǎn)成本。主扇風(fēng)機(jī)直接啟動(dòng)電流大、損耗大，對(duì)電機(jī)的絕緣造成影響，嚴(yán)重時(shí)可能燒毀電機(jī)[7-10]。

自動(dòng)化程度不高：主扇風(fēng)機(jī)靠人為調(diào)節(jié)，自動(dòng)化程度低。主扇風(fēng)機(jī)作為高耗能設(shè)備，在運(yùn)行過(guò)程中牽涉的設(shè)備繁多，實(shí)施在線監(jiān)控涉及很多設(shè)備監(jiān)測(cè)參數(shù)，監(jiān)測(cè)難度比較大。只有實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)控，并保證它的良好運(yùn)行狀態(tài)，才能更好地保障煤礦安全生產(chǎn)，對(duì)煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本提效有著十分重要的意義。

1.2 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

使用變頻技術(shù)前的風(fēng)量調(diào)節(jié)方式：一般來(lái)說(shuō)，礦井主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可更改風(fēng)機(jī)的性能曲線，或者更改管網(wǎng)熱性曲線，也可以是兩者互相結(jié)合。以往用調(diào)節(jié)風(fēng)量、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速等調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)的方式調(diào)節(jié)風(fēng)量造成資源浪費(fèi)嚴(yán)重。在使用變頻技術(shù)前，無(wú)論是離心式風(fēng)機(jī)或是軸流式風(fēng)機(jī)，在調(diào)整風(fēng)量時(shí)候都很費(fèi)時(shí)費(fèi)力，大多是調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)改變風(fēng)進(jìn)斷面尺寸或者改變?nèi)~片角度等方式調(diào)節(jié)風(fēng)量。

使用變頻技術(shù)后的優(yōu)勢(shì)：使用變頻器后，只需要調(diào)整頻率就可以調(diào)整礦井風(fēng)量，提升了礦井的安全性。變頻器即“VVVF”也叫做“交-直-交”變頻調(diào)速器，在礦井主扇風(fēng)機(jī)中用變頻調(diào)速器能達(dá)到顯著的節(jié)能降耗效果，提高風(fēng)機(jī)的可靠性。使用變頻調(diào)速器有以下優(yōu)點(diǎn):①電機(jī)轉(zhuǎn)速能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速；②能使功率提高到99%；③轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能完全，在保持電壓常數(shù)的情況下，可以不降低電源頻率，避免電磁爐過(guò)于飽和及電機(jī)負(fù)載下降，防止功率變?nèi)?；④變頻調(diào)速器的自身保護(hù)功能完備；⑤使用變頻調(diào)速器后，電機(jī)可直接啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)電流應(yīng)不超過(guò)額定電流的兩倍。

2 變頻調(diào)速器的具體應(yīng)用

2.1 變頻調(diào)速器的適用條件

不適宜應(yīng)用變頻調(diào)速器的情況：不是所有的風(fēng)機(jī)在應(yīng)用價(jià)格較貴的變頻調(diào)速器后，都能達(dá)到節(jié)能省電效果。倘若礦井主扇風(fēng)機(jī)日常運(yùn)行的風(fēng)量等于或比井下安全生產(chǎn)需要的風(fēng)量大，礦井主扇風(fēng)機(jī)就不能安裝變頻調(diào)速裝置，因?yàn)檫@時(shí)風(fēng)量飽和，倘若再降低礦井主扇風(fēng)機(jī)頻率，風(fēng)量不能滿(mǎn)足礦井通風(fēng)了。此時(shí)，只能使用降低線損、并聯(lián)電容器的方式來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

適宜應(yīng)用變頻調(diào)速器的情況：礦井主扇風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)選型時(shí)，多數(shù)礦井都需要謹(jǐn)慎考慮礦井所需的最大風(fēng)量。因此，會(huì)時(shí)常出現(xiàn)供出風(fēng)量比實(shí)際風(fēng)量大的情況，主扇風(fēng)機(jī)有富余量，調(diào)節(jié)范圍大，這種情況下應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后的效果較好。所以，變頻調(diào)速技術(shù)大多是應(yīng)用在主扇風(fēng)機(jī)有富余量的礦井，這類(lèi)礦井主要有新投產(chǎn)礦井和工作面不多的老礦井，這主要是由于新投產(chǎn)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)一般較為簡(jiǎn)單，而工作面不多的老礦井有富余風(fēng)量的情況較為常見(jiàn)。

2.2 變頻調(diào)速器的選型

合理選擇變頻調(diào)速器的必要性：高質(zhì)量的變頻調(diào)速器控制變頻的自動(dòng)化程度較高，不僅可以改變電源頻率，其輔助功能水準(zhǔn)也很高；可以實(shí)現(xiàn)近控或是遠(yuǎn)控，能將其他參數(shù)變化通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，直到電腦程序的控制終端。一般來(lái)說(shuō)，變頻調(diào)速器的水準(zhǔn)越高價(jià)格越貴，所以在滿(mǎn)足井下正常通風(fēng)和反風(fēng)需要的前提下，選擇變頻調(diào)速器應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)合理性。

選擇變頻調(diào)速器的原則：主扇風(fēng)機(jī)安裝就位后，風(fēng)量調(diào)整大多采用調(diào)節(jié)垂直風(fēng)門(mén)、改變風(fēng)阻，在選好變頻調(diào)速器后，主扇風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)全開(kāi)，按電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整風(fēng)量大小。在風(fēng)機(jī)正常工作，通風(fēng)系統(tǒng)完好，井下風(fēng)路無(wú)變化，風(fēng)量、風(fēng)壓變化小時(shí)，主扇風(fēng)機(jī)可以穩(wěn)定運(yùn)行，所需輔助功能少，應(yīng)優(yōu)先選擇能滿(mǎn)足電機(jī)基本保護(hù)需要的變頻調(diào)速器。以往按照電機(jī)運(yùn)行容量來(lái)選擇同等容量的變頻調(diào)速器，這種方法是不恰當(dāng)?shù)?。而選擇變頻調(diào)速器第一點(diǎn)就是要考慮它能否適應(yīng)存在富余風(fēng)量礦井的主扇風(fēng)機(jī)；變頻調(diào)速器不需在基頻狀況下工作時(shí)，如選擇基頻電機(jī)功率的變頻調(diào)速器，會(huì)增加投資負(fù)擔(dān)。

主扇風(fēng)機(jī)選用變頻調(diào)速器，風(fēng)量應(yīng)滿(mǎn)足

Ie≥K1·K2·I1

(1)

式中：Ie—變頻調(diào)速器額定電流；K1—反風(fēng)時(shí)電機(jī)功率的增加系數(shù)，一般選值是1.05～1.2；K2—變頻調(diào)速器過(guò)載能力；I1—選擇的變頻調(diào)速器實(shí)際電流。主扇風(fēng)機(jī)變頻后，輸出功率會(huì)因電機(jī)功率下降而下降，功率降低后，電機(jī)負(fù)載相應(yīng)下降，功率、輸出電壓都會(huì)發(fā)生變化，難以確定變頻至特定頻率時(shí)變頻調(diào)速器的電流數(shù)值。在日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中選擇變頻調(diào)速器容量，應(yīng)使用比例定律

(2)

2.3 變頻調(diào)速器的調(diào)試運(yùn)行

選擇變頻調(diào)速器型號(hào)、容量和確定運(yùn)行頻率后，需要按照實(shí)際風(fēng)量進(jìn)行校核，如圖1所示。

2.4 變頻改造后的實(shí)效

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動(dòng)化程度提升：大多煤礦企業(yè)實(shí)施改造后能夠達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控，提升了礦井配風(fēng)的精確度，確保礦井通風(fēng)安全。實(shí)施改造后節(jié)能節(jié)電效果明顯，礦井主扇風(fēng)機(jī)能充分滿(mǎn)足礦井通風(fēng)，節(jié)能節(jié)電效果顯著。變頻調(diào)速器按照設(shè)定頻率調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自行控制，增設(shè)DCS控制系統(tǒng)后，達(dá)到風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制，提升了自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作。

實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)：變頻改造后對(duì)電網(wǎng)的沖擊減少，軟啟動(dòng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，啟動(dòng)稍長(zhǎng)但平穩(wěn)，電機(jī)的額定電流高于啟動(dòng)電流，低速運(yùn)行，主扇風(fēng)機(jī)的噪聲、溫度得以降低，延長(zhǎng)了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用年限。維護(hù)維修的工作量減少，延長(zhǎng)了很多零件的使用壽命，節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。

3 結(jié)語(yǔ)

礦井確定風(fēng)機(jī)風(fēng)量時(shí)，大多要求比實(shí)際風(fēng)量大，只有在滿(mǎn)足風(fēng)量需求的條件下，才能采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)礦井風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。采用變頻調(diào)速技術(shù)后，用風(fēng)門(mén)控制流量，電機(jī)的輸出功率比原來(lái)降低了10%～40%，節(jié)電效果非常明顯。變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)速操作簡(jiǎn)單方便，不僅使通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行效率大幅提高，也提升了安全性能，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有一定的推廣價(jià)值。