礦井主要通風機節(jié)能研究

邵燕飛

（山西潞安能化生產服務公司，山西 長治 046204）

工業(yè)領域碳達峰行動是我國提出的實現(xiàn)“碳達峰”的十大行動之一，結合智慧礦山的生產與建設，礦山領域也正推動著綠色低碳發(fā)展[1]。礦井主要通風機其主要作用是進行新鮮空氣的供給、保障人員的呼吸與稀釋用風地點的有毒有害氣體等[2]。根據(jù)常村煤礦工作面生產銜接計劃，現(xiàn)有王村回風井主要通風機不能滿足用風量的要求。結合通風系統(tǒng)現(xiàn)狀提出調整對比方案，并利用通風網絡解算選擇最優(yōu)方案。

1 礦井通風機變頻調速節(jié)能原理

在通風機的選型方面，必須保障各礦井所配備的主要通風機的富裕量，一般普遍的做法是在調節(jié)風量時，通過調節(jié)風門控制耗能從而達到降低風量的目標，但是這種做法并不經濟。經過變頻調速后，在所需控制風量減少時，只要對變頻器的頻率進行相應調節(jié)，電機的轉速就會隨著變化相應下降。

結合流體力學相關知識，P=Q×H，其中，P是對應的功率；Q為經過的流量；H為對應的壓力。流量、壓力和功率與轉速的關系如公式（1）～（3）所示。

因此，利用變頻器來調節(jié)風機的轉速時，一般來說可以獲得良好的節(jié)能效果。如圖1 所示為通風機變頻器相應的壓力-流量等曲線圖[3]。

圖1 中曲線n1為風機初始狀態(tài)下的風壓H-風量Q曲線，R1為其對應的風阻特性曲線。

圖1 主要通風機風壓H-風量Q 曲線

假設當前風機工況點在A位置，該位置目前效率最高。由A向x軸和y軸作垂線，得到的矩形面積即為當前的軸功率。若根據(jù)煤礦生產銜接計劃安排，目標降低風量由Q1降至Q2，如果通過調節(jié)風門控制，會使阻力特性曲線由R1變?yōu)镽2，風壓將會由H1增加到H2，此時工況點為B。由B向x軸和y軸作垂線，得到的矩形面積即為調節(jié)風門后的軸功率。對比調節(jié)前后的軸功率，可以發(fā)現(xiàn)這種調節(jié)方法對節(jié)能的效果并不明顯。

另一種方法引入變頻技術，目標降低風量由Q1降至Q2，將轉速由n1變?yōu)閚2，調節(jié)后風壓將會由H1減少到H3，此時工況點變?yōu)镃。由C向x軸和y軸作垂線，得到的矩形面積即為調轉速后的軸功率，可以發(fā)現(xiàn)比目前工況下和調節(jié)風門的情況下的節(jié)能效果要好。變頻節(jié)能其內涵是由調速引起的流量變化來實現(xiàn)的。

2 工程現(xiàn)場實際應用分析

2.1 礦井通風系統(tǒng)簡介

常村煤礦通風方式為混合式。其中，中央回風井、西坡回風井和王村回風井擔負回風任務。中央回風井主要通風機擔負21、S1、S2、S3及N 翼采區(qū)通風任務，通風機型號為AGF606-4.0-2.4-2，電機額定功率為4000 kW，現(xiàn)階段排風量454.33 m3/s；西坡回風井主要通風機主要擔負S5、S6 采區(qū)通風任務，通風機型號與電機額定功率與中央回風井保持一致，現(xiàn)階段排風量364.83 m3/s；王村風井主要通風機主要擔負22、23 采區(qū)及470 北翼通風任務，通風機型號為AGF606-4.0-2.0-2，電機額定功率為4500 kW，現(xiàn)階段排風量505.48 m3/s。

未來根據(jù)礦井生產、通風規(guī)劃，計劃投運花垴進、回風井，目前花垴回風井并未承擔回風任務，作為進風井使用。

圖2 常村煤礦風井結構布置圖

2.2 方案對比分析

當前情況下常村煤礦王村回風井參數(shù)見表1。

表1 王村回風井通風系統(tǒng)的測定誤差表

由表1 能看出王村主要通風機在允許范圍內還有提升空間，還能繼續(xù)增大風量。預計王村回風井增加3000 m3/min 風量，利用通風網絡解算軟件對下列各方案進行預測分析。

（1）方案一：王村主要通風機直接調風

當前系統(tǒng)王村回風井主要通風機風量為30 330 m3/min，風機負壓為2620 Pa。方案一直接對王村主要通風機進行調整，在現(xiàn)有風量基礎上提升3000 m3/min。經過網絡解算結果為：主要通風機風量能夠達到目標33 330 m3/min，但是王村回風井通風機負壓變?yōu)?140 Pa，增加了520 Pa。

（2）方案二：通風系統(tǒng)降阻后，再調節(jié)主要通風機

方案二首先采取措施對通風系統(tǒng)進行降阻，通過井下兩處位置的調整，以期實現(xiàn)整體降阻。兩處位置具體調整措施如下：2311 回風聯(lián)巷風量增加800 m3/min，2203 皮順回風通道增加800 m3/min 風量。經過網絡解算結果為：王村回風井主要通風機風量變?yōu)?0 630 m3/min，風機負壓為2570 Pa，與當前通風系統(tǒng)相比總風量增加了300 m3/min，負壓降低了50 Pa。

經過通風系統(tǒng)降阻后，再對王村主要通風機調整，在現(xiàn)有風量基礎上提升3000 m3/min。經過網絡解算結果為：主要通風機風量達到目標值33 330 m3/min，風機負壓變?yōu)?070 Pa，與方案一相比負壓降低了70 Pa，總阻力有所下降，有利于主要通風機運行。

（3）方案三：增加花垴風井進風量、系統(tǒng)降阻，再調節(jié)主要通風機

目前花垴進、回風井共進風量為10 970 m3/min，在現(xiàn)有基礎上增加3000 m3/min。經過網絡解算結果為：花垴進、回風井總進風量變?yōu)?3 970 m3/min，王村風井主要通風機負壓變?yōu)?525 Pa，同比降低了95 Pa。此時，王村風井回風量變?yōu)?0 870 m3/min，同當前通風系統(tǒng)增加了540 m3/min。

系統(tǒng)降阻：花垴風井進風量提高后，對井下三處位置進行調整實現(xiàn)整體降阻。三處位置具體調整措施如下：2311 回風聯(lián)巷風量增加800 m3/min，25采區(qū)1#充電硐室風門打開，2203 皮順回風通道增加800 m3/min 風量。模擬結果為：王村主要通風機風量變?yōu)?1 200 m3/min，風機負壓為2470 Pa，與目前通風系統(tǒng)相比負壓降低了150 Pa。

主要通風機調風：實現(xiàn)整體降阻后，進行王村主要通風機調風，將王村主要通風機風量調至33 330 m3/min。模擬結果為：王村主要通風機負壓變?yōu)?940 Pa，與當前通風系統(tǒng)相比負壓增加了320 Pa。不同調節(jié)方法計算結果見表2。

表2 不同調節(jié)方法計算結果

由表2 可知，在三種調節(jié)方法下調節(jié)后的風量相同，方案三增加花垴進風量、系統(tǒng)降阻，再調節(jié)主要通風機后風機的頻率最低，頻率為43.9 Hz。同時，此時的軸功率為最低的1633 kW，實現(xiàn)了功耗的最小化。

3 分析結果

本文針對常村煤礦現(xiàn)場實際情況，通過對不同優(yōu)化方案的通風網絡解算，選擇出最優(yōu)方案，在該方案下實現(xiàn)了優(yōu)化后的功耗最小，具有較高的經濟效益。