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變頻器在煤礦的應(yīng)用

發(fā)布時間:2019-08-02 16:21:03來源:

1 引言

      變頻調(diào)速在風(fēng)機和泵類負載上的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果,并且具有無沖擊啟動和軟停機的優(yōu)良控制特性,因此變頻器首先在冶金、電力、石化、供熱和民用風(fēng)機水泵的控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
      由于煤礦生產(chǎn)的特殊環(huán)境和安全上的特殊要求,變頻器在煤礦的應(yīng)用起步比較晚。隨著我國市場經(jīng)濟的深入發(fā)展,煤礦的增產(chǎn)、降耗、提效被提到了重要地位,設(shè)備節(jié)能改造勢在必行。變頻調(diào)速在煤礦井上固定機械和采煤機上也有了一定的應(yīng)用并取得了較好的效果。
  2 變頻調(diào)速在主扇風(fēng)機上的應(yīng)用
      2.1 礦井通風(fēng)設(shè)備與風(fēng)機節(jié)能原理概述
      煤礦主扇風(fēng)機按結(jié)構(gòu)分為軸流式和離心式;
      風(fēng)機是保障煤礦安全的主要通風(fēng)機械,365天晝夜運轉(zhuǎn)。礦井主扇風(fēng)機一般配備兩套,一臺工作一臺備用;根據(jù)礦井的規(guī)模,主扇風(fēng)機的配用功率從數(shù)十kW至數(shù)百kW。功率315kW以下的,一般選用380V低壓電動機;
      功率大于315kW的,多選用6kV高壓電動機。主扇風(fēng)機安裝在地面,可以選用通用電氣設(shè)備。
 
       礦井主扇風(fēng)機的額定通風(fēng)能力(風(fēng)量、風(fēng)壓)是根據(jù)設(shè)計計算的礦井末期的通風(fēng)阻力和達產(chǎn)時的風(fēng)量確定。在礦井投產(chǎn)初期,風(fēng)機的富裕能力是比較大的;
      為了達到生產(chǎn)需要的風(fēng)量和風(fēng)速,過去通常的做法是關(guān)小風(fēng)門擋板,人為的增加通風(fēng)阻力改變主扇風(fēng)機的運行工況來調(diào)節(jié)風(fēng)量。風(fēng)機排風(fēng)量特性曲線見圖1所示;當(dāng)風(fēng)機以額定轉(zhuǎn)速運行時,風(fēng)機的排風(fēng)量和風(fēng)壓按特性曲線1變化,并與風(fēng)門全開時的巷道(管網(wǎng))阻力曲線2相交于額定工況點N,風(fēng)機的排風(fēng)量為Qn、壓頭為Hn;
      在煤礦投產(chǎn)初期,由于開拓量小巷道短通風(fēng)阻力小,如果按額定工況通風(fēng),將造成采煤工作面風(fēng)速超限并引起煤塵飛揚,影響采煤面的工作和安全。一般采取關(guān)小風(fēng)門擋板增大通風(fēng)管網(wǎng)阻力使風(fēng)機工況點移至E點。這時礦井的排風(fēng)量減少為Qe,產(chǎn)生的壓頭為He。如果采用降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風(fēng)量,風(fēng)機將按特性曲線4運行并與曲線2在產(chǎn)生需要風(fēng)量Qe,風(fēng)門全開的管網(wǎng)曲線2相交于工況C點。
根據(jù)風(fēng)機和水泵的相似定律,風(fēng)機的風(fēng)量、轉(zhuǎn)速與功率有下式成立;
     
理論分析和實測都證明用人為增加通風(fēng)阻力(關(guān)小閘門)的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量會造成電能的浪費,是不可取的。采用改變風(fēng)機轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量不但節(jié)能效益顯著,而且還有減少機械磨損延長機械使用壽命的效果。
 2.2 選用變頻器的要求
      煤礦主扇風(fēng)機如何選用變頻器?首先要考慮的是風(fēng)機在現(xiàn)在的運行工況下,是否還有節(jié)能潛力,如果現(xiàn)在運行時風(fēng)門擋板已經(jīng)接近全部打開,才能滿足礦井需要的風(fēng)量,這臺風(fēng)機也就沒有安裝變頻器的必要,反之,可以考慮選用變頻器;風(fēng)機屬于平方轉(zhuǎn)矩類負載,應(yīng)選用適合于風(fēng)機水泵使用的通用型變頻器。一般根據(jù)主扇風(fēng)機的額定電流選用變頻器;變頻器的電壓等級應(yīng)符合電源與電動機的額定電壓要求,額定輸出電流大于扇風(fēng)機電機的額定電流;另外要注意變頻器經(jīng)常運行的頻率不能太低,防止電動機溫升過高。同時,要選用正規(guī)廠家、經(jīng)過運行證明質(zhì)量可靠、售后服務(wù)好的產(chǎn)品。
2.3 變頻器應(yīng)用舉例
      黑龍江省某煤礦四井主扇風(fēng)機為4-72-11N016B,配套電動機JO2-92-6型75kW 380V;
      實測總排風(fēng)H1=1931Pa。總?cè)腼L(fēng)量Q1=64800m3/h,n1=710r/min用閘門調(diào)節(jié)風(fēng)量;按煤礦生產(chǎn)安全規(guī)程要求的配風(fēng)量Q2=50400m3/s,H2=1171Pa,根據(jù)相似定律求出調(diào)速后風(fēng)機轉(zhuǎn)速n2=552r/min;
      風(fēng)機皮帶傳動減速比i=0.73,求出調(diào)速后電動機轉(zhuǎn)速n3=756r/min,再求出變頻器輸出頻率為39Hz。電動機軸功率35kW。
根據(jù)風(fēng)機配電動機功率選用ABB公司產(chǎn)品變頻器一臺;變頻器驅(qū)動一臺風(fēng)機,備用風(fēng)機仍然由工頻拖動。
扇風(fēng)機變頻改造后運行穩(wěn)定。經(jīng)運行測試表明,通風(fēng)系統(tǒng)各項指標符合安全規(guī)程要求;月節(jié)約電量10800kWh,年節(jié)約電量129600kWh;按電價0.64元/kWh計算,年節(jié)約電費8.3萬元;投資回收期1.9年。

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