礦山電氣節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用分析

司東亞

[摘 ? ?要]在礦山電氣結(jié)構(gòu)中，選礦電氣設(shè)備作為其中的一項(xiàng)重要組成部分，工作者做好選礦電氣節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，有助于礦山生產(chǎn)水平的發(fā)展?；诖耍疚膰@礦山選礦電氣這一礦山設(shè)備個體，詳細(xì)闡述了變壓器節(jié)能分析、輸送機(jī)節(jié)能分析、電動機(jī)節(jié)能分析這幾項(xiàng)礦山電氣節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用分析環(huán)節(jié)，希望能夠?yàn)榈V山生產(chǎn)能耗水平的改善提供助力。

[關(guān)鍵詞]礦山電氣;節(jié)能生產(chǎn);選礦電氣

[中圖分類號]TD609[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）05–00–03

Mine Electrical Energy Saving Technology and Its Application Analysis

Si Dong-ya

[Abstract]The application of electrical energy-saving technology in mineral processing is helpful to the development of mine production level.Based on this， this paper focuses on the mining electrical equipment of mineral processing， describes in detail the analysis of transformer energy-saving， conveyor energy-saving analysis， motor energy-saving analysis of these mining electrical energy-saving technologies and their application analysis links， hoping to provide help for the improvement of energy consumption level of mine production.

[Keywords]mine electricity; energy saving production; mineral processing electricity

自礦山生產(chǎn)電氣自動化開始推行以來，礦山生產(chǎn)效率得到了大幅度的提高，但同時，這種電氣自動化生產(chǎn)模式也帶來了較高的能耗，其中選礦設(shè)備作為能耗量占比較高的礦山電氣設(shè)備，應(yīng)深入分析針對該電氣設(shè)備的節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用，以尋求更佳的煤礦生產(chǎn)模式，提升礦山電氣自動化生產(chǎn)水平，促進(jìn)煤礦開采技術(shù)的發(fā)展。

1 ?分析背景

一般來說，礦山生產(chǎn)施工規(guī)模較大、應(yīng)用電氣設(shè)備較多，因此，其在生產(chǎn)過程中需要消耗大量能源，以支撐各類電氣設(shè)備的正常運(yùn)作，導(dǎo)致自動化的成本過高，影響了自動化礦山生產(chǎn)模式的推廣。為此，煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域正在積極尋求有效的方法，來降低自動化生產(chǎn)模式的能耗，保證煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。但就目前來看，礦山生產(chǎn)過程中，主要的耗能設(shè)備為選礦設(shè)備，同時，當(dāng)前常用的選礦設(shè)備品牌為AB和西門子，所以可以從AB和西門子品牌的選礦設(shè)備個體入手，并通過節(jié)能技術(shù)，對其進(jìn)行改造，降低整體自動化生產(chǎn)的能耗水平。在此過程中，根據(jù)選礦設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律可以看出，影響選礦設(shè)備能耗水平的主要設(shè)備結(jié)構(gòu)為，電力變壓器、輸送機(jī)、電動機(jī)，因此，在此次分析探討中，研究者將這三個部分作為節(jié)能技術(shù)構(gòu)建和應(yīng)用的切入點(diǎn)，并通過分析影響這三個設(shè)備結(jié)構(gòu)能耗的因素，設(shè)計(jì)針對性的節(jié)能技術(shù)，再予以落實(shí)，以期形成一個具有可行性的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用體系，助力礦山生產(chǎn)水平的發(fā)展。

2 ?分析過程

2.1 ?選礦電氣中變壓器部分節(jié)能分析

2.1.1 ?諧波治理節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

通常情況下，常規(guī)電流為三相對稱的正弦交流電，但若其受到外界干擾時，其波形就會偏離標(biāo)準(zhǔn)值，導(dǎo)致電流的畸變，形成諧波。而諧波的出現(xiàn)會使變壓器的電容量降低、內(nèi)部結(jié)構(gòu)升溫、電流減小，造成設(shè)備的電能利用率降低，形成高能耗的運(yùn)行狀態(tài)。為此，研究者根據(jù)該項(xiàng)能耗問題，制定了三項(xiàng)諧波治理節(jié)能技術(shù)措施，即合理化供電方式、強(qiáng)化設(shè)備抗諧波干擾能力。在諧波治理技術(shù)下，研究者將諧波治理設(shè)備設(shè)置在了變電站位置，以補(bǔ)償電力系統(tǒng)供電部分的諧波狀態(tài)，合理化供電方式。此后，研究者通過進(jìn)行諧波監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)超出允許值的諧波源在井下大巷皮帶、副井提升機(jī)這兩個位置，因此，研究者又在這兩處，設(shè)置了電容補(bǔ)償裝置，以防止諧波流入電網(wǎng)系統(tǒng)中。此外，研究者還在變壓器處設(shè)置了外加濾波器，以強(qiáng)化變壓器的抗諧波干擾能力，降低諧波對電氣設(shè)備能耗的影響。

2.1.2 ?電能質(zhì)量監(jiān)控節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

在供電過程中，電能的質(zhì)量在很大程度上決定著能耗的利用率，因此，保證電能質(zhì)量，是降低選礦設(shè)備能耗水平的有效途徑。在此過程中，變壓器的運(yùn)行狀態(tài)作為影響電能質(zhì)量水平的重要因素，一旦其出現(xiàn)了絕緣損壞、匝間短路等故障，就會造成電能質(zhì)量的降低，影響選礦設(shè)備對電能的利用率，增加設(shè)備能耗。為此，研究者采用了電能質(zhì)量監(jiān)控節(jié)能技術(shù)，并在變壓器的位置設(shè)置了監(jiān)控傳感器，結(jié)合配套的監(jiān)控系統(tǒng)，以監(jiān)測變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，確保其故障以及異常情況，可以及時得到處理，防止電力資源質(zhì)量降低所造成的高能耗問題。此外，研究者還制定了相應(yīng)的巡檢措施，來配合監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行，增強(qiáng)了變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性，有助于選礦設(shè)備運(yùn)行水平的提升。

2.1.3 ?負(fù)載率協(xié)調(diào)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

在選礦設(shè)備運(yùn)行中，負(fù)載情況的變化是影響變壓器運(yùn)行狀態(tài)的重要因素，負(fù)載過大容易導(dǎo)致變壓器發(fā)熱，影響電力資源的質(zhì)量，降低設(shè)備的能耗利用率，而負(fù)載過小，則會導(dǎo)致電壓升高引發(fā)諧波問題，因此，研究者對最佳的負(fù)載率進(jìn)行了計(jì)算，并借助相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施，保持選礦設(shè)備處于合理的負(fù)載率狀態(tài)下，以降低設(shè)備能耗，落實(shí)該項(xiàng)節(jié)能基礎(chǔ)。在此過程中，根據(jù)物理學(xué)公式，已知最佳有功負(fù)載率為、無功最佳負(fù)載率為，其中Po為鐵耗、Pk為銅耗、Qo為變壓器空載無功功率、Qk為變壓器漏磁功率。同時，在額定運(yùn)行條件下，Qo=Io%×Se×10-2、=Uk%×Se×10-2，其中，Io%為變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)、Uk%變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)，由此可以得出，，因此，最佳的綜合負(fù)載率為。基于此，在選礦設(shè)備的調(diào)試中，研究者根據(jù)實(shí)際變壓器參數(shù)，先計(jì)算出了變壓器的最佳綜合負(fù)載率，然后按照該負(fù)載率，來協(xié)調(diào)各項(xiàng)參數(shù)，以確保選礦設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，能夠滿足變壓器的節(jié)能性運(yùn)行要求，落實(shí)負(fù)載率協(xié)調(diào)節(jié)能技術(shù)。

2.2 ?選礦電氣中輸送機(jī)部分節(jié)能分析

2.2.1 ?阻力治理節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

在選礦電氣輸送機(jī)部分的運(yùn)行中，物料與傳送帶、托輥之間所產(chǎn)生的阻力，需要系統(tǒng)通過消耗更多的能耗才能予以克服。因此，其作為造成輸送機(jī)部分能耗增加的重要因素，研究者準(zhǔn)備先以阻力治理入手，制定相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)環(huán)節(jié)，并逐一落實(shí)，以降低選礦設(shè)備在輸送機(jī)部分消耗的能源量。在此過程中，根據(jù)公式即：

（1）

式（1）中，foi為與帶速無關(guān)的阻力系數(shù)、Ci為與帶速有關(guān)的阻力系數(shù)、qi為不同回程分段中托輥的旋轉(zhuǎn)密度、qd為不同階段中輸送帶的線密度，βi為輸送機(jī)的傾角、Wz為克服基本阻力所耗費(fèi)功率、Wk為克服回程基本阻力所耗費(fèi)的功率、Wq為克服傾斜阻力所耗費(fèi)的功率。經(jīng)過計(jì)算后，研究者得出，傳送帶克服阻力所耗費(fèi)的功率量，與帶速、運(yùn)量有關(guān)，且載運(yùn)量相同的情況下，運(yùn)送速度越高，能耗越大，在功率相同的條件下，運(yùn)量越大，運(yùn)送速度越慢，由此可見，運(yùn)速、運(yùn)量、功率之間存在相互制約關(guān)系。因此，研究者為了在保證機(jī)械正常運(yùn)量的情況下，降低其能耗，適當(dāng)降低了運(yùn)送速度，減少了運(yùn)送阻力，落實(shí)了阻力治理節(jié)能技術(shù)，提升了選礦機(jī)械的運(yùn)行水平。

2.2.2 ?帶寬調(diào)節(jié)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

經(jīng)過上述分析，研究者在確定運(yùn)送速度對阻力大小存在影響之后，又提出了傳動帶的寬度，可能會與阻力的大小存在關(guān)聯(lián)的假設(shè)。為驗(yàn)證該假設(shè)，研究者進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并在其他條件相同的情況下，根據(jù)上述阻力的數(shù)據(jù)模型，計(jì)算了不同帶寬條件下時，輸送機(jī)運(yùn)行阻力值與所需的驅(qū)動功率值，結(jié)果顯示，當(dāng)帶寬為1400 mm時，運(yùn)行阻力為22424.74 N、所需驅(qū)動功率為1121.12 kW，當(dāng)帶寬為1600 mm時，運(yùn)行阻力為22624.74 N、所需驅(qū)動功率為1231.5 kW，當(dāng)帶寬為1800 mm時，運(yùn)行阻力為23024.74 N、所需驅(qū)動功率為1309.24 kW，由此可見，帶寬越大阻力越大，驅(qū)動功率耗費(fèi)越大，因此，為了落實(shí)節(jié)能技術(shù)，研究者根據(jù)物料的大小，適當(dāng)縮短了運(yùn)輸帶的寬度，以降低選礦電氣設(shè)備在運(yùn)輸功能方面能耗。

2.2.3 ?覆蓋層優(yōu)化節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

通常情況下，選礦設(shè)備運(yùn)輸機(jī)部分的運(yùn)輸帶下方通常會設(shè)有一個覆蓋層，以緩沖上層物料重量對傳送裝置的壓力。當(dāng)前所用的覆蓋層材料均為粘性材料，這部分材料雖然具有一定的裝置保護(hù)作用，但其在發(fā)生形變之后，通常難以有效進(jìn)行反彈，導(dǎo)致傳統(tǒng)裝置因受到物料的壓迫，而需要承受更大的阻力，造成了功率的消耗，影響選礦設(shè)備的節(jié)能性。為此，研究者引入了新型復(fù)合材料，確保覆蓋層具備足夠的回彈能力，減少了運(yùn)輸過程中的阻力，降低了運(yùn)輸機(jī)部分的能耗水平。

2.3 ?選礦電氣中電動機(jī)部分節(jié)能分析

2.3.1 ?電容補(bǔ)償技能技術(shù)及應(yīng)用

在選礦設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，電動機(jī)是為設(shè)備提供驅(qū)動力的主要裝置，當(dāng)前大多數(shù)選礦設(shè)備的電動機(jī)均為異步電動機(jī)，該電動機(jī)具有穩(wěn)定性、可靠性強(qiáng)的特質(zhì)，但由于其為電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換型的裝置，所以一旦其負(fù)載的配套不合理，就會使其在絕大部分工作時間內(nèi)，均處于空載、輕載狀態(tài)，降低了電力資源的利用率，導(dǎo)致設(shè)備的能耗增加。為此，研究者采用了電容集中補(bǔ)償技術(shù)，減少了供電線路中的無功損耗，全面提升了變頻電動機(jī)的功率因素，達(dá)到了節(jié)能的效果。

2.3.2 ?電動機(jī)結(jié)構(gòu)改造節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

在選礦設(shè)備電動機(jī)結(jié)構(gòu)方面，研究者經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)選礦設(shè)備處于不同的礦山工況下，其電動機(jī)結(jié)構(gòu)基本不變，使得設(shè)備在部分工況下，對能耗的利用率不高，形成了能源浪費(fèi)的情況，不利于節(jié)能技術(shù)的落實(shí)。為此，研究者根據(jù)實(shí)際工況，對設(shè)備的電動機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，同時，加入了一些新材料和新技術(shù)。此外，研究者發(fā)現(xiàn)該電動機(jī)的潤滑油存在劣化問題，所以在改造電動機(jī)結(jié)構(gòu)期間，又重新對電動機(jī)進(jìn)行了潤滑油保養(yǎng)處理，減少了其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的運(yùn)行阻力，提高了電動機(jī)的能耗利用率，實(shí)現(xiàn)了礦山選礦電氣節(jié)能技術(shù)。

2.3.3 ?調(diào)速節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

在選礦設(shè)備的運(yùn)行中，電動機(jī)的負(fù)載通常一直處于變化狀態(tài)，但其運(yùn)行速度卻為恒定速度，導(dǎo)致其運(yùn)動能效不高，形成了能耗浪費(fèi)的現(xiàn)象。為此，研究者對電動機(jī)結(jié)構(gòu)中設(shè)置了變頻器，構(gòu)建了一個變頻調(diào)速式電動機(jī)，以提高選礦設(shè)備對能耗的利用率。但經(jīng)過一段時間使用后，研究者發(fā)現(xiàn)變頻器很容易出現(xiàn)故障，且維修比較費(fèi)力，因此，研究者將變頻器移除，并為電機(jī)安裝了調(diào)壓裝置，以通過為電機(jī)提供變化的電壓，來調(diào)整其運(yùn)行速度，確保其在運(yùn)行速度上能夠與負(fù)載相匹配，提高了選礦設(shè)備的能源利用率，增強(qiáng)了礦山電氣節(jié)能技術(shù)的落實(shí)效果。

3 ?結(jié)果論述

待到上述各項(xiàng)礦山選礦設(shè)備的節(jié)能技術(shù)環(huán)節(jié)依次落實(shí)應(yīng)用之后，研究者針對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了觀察。觀察結(jié)果顯示，設(shè)備的生產(chǎn)力依然保持之前的水平，但其能耗量大幅度降低，呈現(xiàn)出了明顯的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行優(yōu)勢。此后，研究者又經(jīng)過一段長時間的觀察，發(fā)現(xiàn)在上述的節(jié)能技術(shù)體系背景下，工作者通過采取正常的維護(hù)保養(yǎng)措施，即可有效防止選礦設(shè)備的運(yùn)行故障，同時，其中各項(xiàng)經(jīng)過技術(shù)改造的設(shè)備裝置，也無需特別的維護(hù)，就能夠保證良好的運(yùn)行狀態(tài)，因此，上述節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用在后期的設(shè)備運(yùn)行中不存在額外的資金、能源消耗，由此可見，上述礦山電氣節(jié)能技術(shù)具有較高的可行性。

4 ?結(jié)語

綜上所述，通過將針對礦山選礦電氣設(shè)備各部分的節(jié)能技術(shù)，進(jìn)行集成化落實(shí)，能夠有效降低礦山電氣能耗水平。在此過程中，研究者借助各項(xiàng)技能技術(shù)，對礦山選礦電氣設(shè)備的各主要耗能部分進(jìn)行了改造，并通過實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行了技術(shù)可行性驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)集成化的節(jié)能技術(shù)，在改善礦山電氣能耗方面具有較高的可行性。

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