郭亞存
(山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司)
中壓變頻器在煤礦主扇風機節(jié)能改造中的應用
郭亞存
(山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司)
煤礦主扇風機是耗能設備,為充分發(fā)揮風機性能及節(jié)能降耗,采用中壓變頻器進行主扇風機調速節(jié)能改造,改造后,解決了原先風機調節(jié)的滯后性,確保了煤礦生產安全化、節(jié)能化。
中壓變頻器 風機調節(jié) 節(jié)能改造
主扇風機是礦井通風系統(tǒng)中的重要部分,是煤礦安全生產中最重要的環(huán)節(jié)之一。目前煤礦主扇風機運行消耗大,造成嚴重的能耗浪費,增加了煤礦生產成本。為此,運用中壓變頻器積極進行煤礦主扇風機調速節(jié)能改造,降低能耗,不僅可以保證礦井安全生產和降低生產成本,還能提高煤礦的自動化水平[1-2]。
(1)能源浪費嚴重,生產成本增加。通常情況下,煤礦的服務年限在60 a以上,投產初期到穩(wěn)定開采一般在5 a左右。由于主扇風機的電機轉速是不可調節(jié)的,只能對風扇葉片或擋風板的角度進行調節(jié),以此增加風量,使得主扇風機運行功率提高,消耗大量能源,進而增加煤礦生產成本。
(2)主扇風機故障可能性較大。主扇風機通常采用直接啟動、降壓啟動、交流電機軟啟動方式。直接啟動的主扇風機啟動運行時間較長,啟動電流較大,直接威脅電動機的絕緣性能,多次進行直接啟動,很可能會因電動機絕緣性能不佳而燒毀電動機。
(3)主扇風機的安全性差。相對來說,傳統(tǒng)的主扇風機沒有先進科技支持,自動控制能力較低,基本上不能實現(xiàn)主扇風機的自我檢測、自我控制,存在諸多危險隱患。
2.1 變頻裝置硬件
采用中壓變頻器進行改造,其分為電流源型、電壓源型以及功率單元型。變頻器的硬件包含主扇風機、擋風板、葉片、主體的變頻驅動等。結合主扇風機應用需要,決定選用ABB ACS800系列中壓變頻器,該變頻器以高速DSP和CPLD芯片作為主控器件。按照主扇風機調速節(jié)能改造要求,需要考慮中壓變頻器運行頻率的影響、電壓電流工作額定情況等。
2.2 變頻器軟件
變頻器軟件主要為控制軟件和調速軟件。中壓變頻器軟件可以根據(jù)主扇風機運行狀態(tài),做出適當?shù)淖冾l調速,避免調節(jié)風扇葉片或擋風板的角度,很大程度上規(guī)避機械磨損,降低檢修費用。中壓變頻調速軟件使主扇風機采用電機軟啟動方式,進而規(guī)避直接啟動方式所存在的弊端。
2.3 控制回路
中壓變頻器的控制回路為矢量控制,其性能與直流調速相近。變頻器降低電動機的轉速,進而降低電動機的輸出功率,如此可以使主扇風機運行所產生的風量較多,同時節(jié)約能源。中壓變頻調速系統(tǒng)的應用可以自行減少無功功率,省去無功補償裝置的應用,如此可以節(jié)約設備運行費用。在PWM電壓型1 140 V級變頻器中,主電路部分為三電平電路,可以有效降低輸出諧波和電壓變化率。中壓變頻器控制原理見圖1。
圖1 中壓變頻器控制原理
3.1 節(jié)電效益
按電價0.57元/kWh,工頻24h耗電量為11931.7kW,變頻24h節(jié)約資金7626.74元,節(jié)能36%[3]。實際運行中,中壓變頻器會將變頻調速頻率控制在43Hz,主扇風機節(jié)電率將超過36%。
3.2 技術效果
(1)中壓變頻器調節(jié)下,主扇風機低頻啟動,減少電流沖擊,使主扇風機良好運行,且有效控制其轉速,降低維護費用,延長使用壽命。
(2)根據(jù)實際需要,通過變頻調節(jié)風量,不僅保證調速精準,還避免扇門或主扇葉片角度調節(jié),而造成能量浪費。
(3)中壓變頻器會根據(jù)主扇風機實際運行需要開啟過壓保護、過熱保護、短路保護以及外圍聯(lián)鎖保護等,使主扇風機不受諧波影響,提高主扇風機的運行效率。
隨著煤礦開采與掘進的不斷延伸,通風量會逐漸增加,使得主扇風機超負荷作業(yè),容易造成設備損壞且能耗大。采用中壓變頻器進行主扇風機調速節(jié)能改造,按照風量需求,合理調速,滿足主扇風機運行需求,且避免能源消耗及機械損耗,保證主扇風機長期安全、穩(wěn)定、高效運行,對煤礦生產具有積極意義。
[1] 郭 輝,吳衛(wèi)國.高壓變頻器在煤礦主扇風機節(jié)能改造中的研究與應用[J].煤炭技術,2015,34(5):226-228.
[2] 孫 旻,任吉海,董翠霞,等.變頻技術在煤礦主扇風機節(jié)能改造中的應用[J].工礦自動化,2010,36(2):100-102.
[3] 廖日忠,薛寧超.煤礦主扇風機變頻節(jié)能改造應用研究[J].中國科技縱橫,2014(13):10,24.
2016-08-05)
郭亞存(1979—),男,礦長,工程師,碩士,034000 山西省沂州市。