賈永忠

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)七元煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 晉中 045400）

引言

陽(yáng)煤集團(tuán)七元公司，位于山西省壽陽(yáng)縣七里河村，建設(shè)年產(chǎn)能力500萬(wàn)t/年。由于歷史原因和建設(shè)手續(xù)的諸多問(wèn)題，建設(shè)進(jìn)展緩慢。而根據(jù)礦井建設(shè)的實(shí)際情況，在投產(chǎn)前的建設(shè)期間，首先需要安裝一套臨時(shí)風(fēng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)井下負(fù)壓通風(fēng)。七元礦根據(jù)自身實(shí)際情況，購(gòu)買(mǎi)并安裝了一套額定功率為2×560 kW，額定電壓為10 kV的臨時(shí)風(fēng)機(jī)，作為礦井建設(shè)期間礦井主要通風(fēng)機(jī)[1]。

目前，七元公司礦井巷道掘進(jìn)緩慢，為保證礦井井下所需風(fēng)量需要，臨時(shí)主扇必須24 h正常工作。礦井掘進(jìn)初期，井下巷道簡(jiǎn)單，通風(fēng)阻力相對(duì)較小。在冬季，風(fēng)量大不僅浪費(fèi)了風(fēng)機(jī)電能，而且大量冷風(fēng)造成了冬季井筒供暖困難，實(shí)際消耗熱能又急劇增加，損耗電力資源嚴(yán)重，所以提出對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。

1 臨時(shí)主扇改造的原因及技術(shù)分析

1.1 臨時(shí)主扇的實(shí)際運(yùn)行狀況

七元礦主通風(fēng)機(jī)采用FBCDZ-8-№32型風(fēng)機(jī)，配套防爆電動(dòng)機(jī)型號(hào)：通風(fēng)機(jī)用交流變頻防爆電動(dòng)機(jī)，額定功率為2×560 kW，額定電壓為10 kV。

在建設(shè)初期由于開(kāi)拓巷道短通風(fēng)阻力小，而臨時(shí)主扇卻晝夜?jié)M功率運(yùn)行，不僅對(duì)電力資源是一種浪費(fèi)，而且由于風(fēng)量較大也勢(shì)必會(huì)造成開(kāi)拓面塵土飛揚(yáng)，影響工作面的工作安全，此時(shí)可調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)來(lái)減少風(fēng)量。由于一部分電能會(huì)消耗在風(fēng)門(mén)阻力上，造成了電力資源的浪費(fèi)。這就需要我們?cè)谶x擇礦井臨時(shí)主扇時(shí)既能滿足通風(fēng)阻力困難時(shí)期風(fēng)量需求，又能在通風(fēng)容易時(shí)期不造成電力資源的較大浪費(fèi)。

1.2 風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)技術(shù)分析

由渦輪機(jī)相似原理可知，主扇相應(yīng)工況參數(shù)風(fēng)量Q、風(fēng)壓H、轉(zhuǎn)速n、軸功率N之間的關(guān)系式H/H'=（n/n'）2、Q/Q'=n/n'、N/N'=（n/n'）3可知，壓力、流量和功率隨著轉(zhuǎn)速n變化而變化，并按轉(zhuǎn)速比的一次方，二次方和三次方而變化，由此表明：風(fēng)量Q下降到80%，轉(zhuǎn)速n也下降到80%，則功率N降到51%；風(fēng)量Q下降到50%，轉(zhuǎn)速n也下降到50%，則功率N下降到13%[2]。

1.3 變頻調(diào)速與其他調(diào)速比較

礦井臨時(shí)主扇改用變頻調(diào)速后，由變頻調(diào)速原理“主扇電源頻率下降→主扇轉(zhuǎn)速頻率下降→主扇風(fēng)量下降”可知，通過(guò)變頻調(diào)速可以平穩(wěn)使臨時(shí)主扇轉(zhuǎn)速下降到所需風(fēng)量的轉(zhuǎn)速，滿足礦井開(kāi)拓初期風(fēng)量需求小的要求。這樣做既可達(dá)到工作生產(chǎn)的需要，又能有效節(jié)省電能。

與變頻調(diào)速相比，其他傳統(tǒng)調(diào)速方法基本都是將轉(zhuǎn)差能以電熱能形式消耗掉，比如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，液力耦合器調(diào)速等。由于變頻是通過(guò)改變定子輸入的頻率和電壓進(jìn)行調(diào)速，其損耗主要本身器件（可控硅）電抗損耗。變頻器本身的器件損耗與電阻熱能損耗相比基本可以忽略不計(jì)。其次，變頻調(diào)速范圍也要比其他調(diào)速更寬。表1所示各種調(diào)速方式比較。

表1 調(diào)速方式比較

與此同時(shí)，根據(jù)負(fù)載的不同形式，變頻器可以?xún)?yōu)化功率因數(shù)到0.92以上甚至更高。例如，目前技術(shù)已經(jīng)比較成熟的交-直-交變頻系統(tǒng)，它適用于各類(lèi)電動(dòng)機(jī)調(diào)速，并且功率因數(shù)保持在0.92以上，如果在這種系統(tǒng)中加裝諧波電路，功率因數(shù)在可調(diào)速范圍內(nèi)可以提高到0.96以上。在節(jié)能方面，這是任何調(diào)速系統(tǒng)也做不到的[3]。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能效益分析

2.1 七元公司臨時(shí)主扇運(yùn)行能耗

目前，七元公司臨時(shí)主扇采用的交流防爆電動(dòng)機(jī)額定功率為2×560 kW，額定電壓為10 kV。臨時(shí)主扇啟動(dòng)時(shí)采用高壓軟起，啟動(dòng)后運(yùn)行在工頻50 Hz狀態(tài)下。臨時(shí)主扇采用調(diào)整葉片角度來(lái)調(diào)整風(fēng)量大小，目前最小角度為20°，風(fēng)量為130 m3/s，風(fēng)壓為650 Pa，電流24 A，該工況運(yùn)行效率最低，功率因素為0.4，根據(jù)公式P=1.732UIcosφ，得出實(shí)際輸入有功功率為173.2 kW。

2.2 主扇調(diào)速節(jié)能增效理論分析

煤礦生產(chǎn)需要主扇變化風(fēng)量時(shí)，主扇必須及時(shí)調(diào)整風(fēng)量以滿足井下生產(chǎn)需要。目前采用的交流防爆電動(dòng)機(jī)主要是通過(guò)改變風(fēng)機(jī)葉片角度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量大小。

2.3 計(jì)算公式

通過(guò)上述分析，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到90%時(shí)，流量減少到90%，而軸功率卻下降到額定功率的72%；若流量需減少到80%，則轉(zhuǎn)速相應(yīng)減少到80%，此時(shí)軸功率下降到額定功率的51%。

2.4 節(jié)能效益分析

調(diào)整風(fēng)機(jī)葉片角度使其輸出效率最高時(shí)流量為250 m3/s，實(shí)際需要流量為131 m3/s，應(yīng)用變頻器降速達(dá)到需要流量，根據(jù)公式Q1/Q2=（n1/n2），得出需要的頻率 n1=26.2 Hz，根據(jù) P1/P2=（n1/n2）3，計(jì)算得出P1=24.92 kW，節(jié) 電 率 η=（P2-P1）/P2=（173.2-24.92）/173.2×100%=85.6%。

2.5 節(jié)約電費(fèi)計(jì)算

年節(jié)電量=148.28×24×350=1 245 552 kW·h。

以地區(qū)峰谷平平均電價(jià)0.5元/kW·h計(jì)算，一年以350 d為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，一臺(tái)風(fēng)機(jī)年約節(jié)約電費(fèi)為1 245 552×0.5=62.3萬(wàn)元。

由此可見(jiàn)，公司現(xiàn)采用高壓軟啟動(dòng)裝置每套費(fèi)用約30萬(wàn)元，但若使用變頻器每套費(fèi)用約60～70萬(wàn)元（國(guó)產(chǎn)），差價(jià)約30～40萬(wàn)元。因此，采用變頻器運(yùn)行方式，則一年之內(nèi)即可節(jié)省出設(shè)備投資費(fèi)用。

3 結(jié)論

陽(yáng)煤七元公司臨時(shí)主扇采用變頻調(diào)速后全年節(jié)省電量1 245 552 kWh，節(jié)約電費(fèi)約62.3萬(wàn)元。在節(jié)省電費(fèi)的同時(shí)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電力電流也明顯下降，電機(jī)損耗減少，功率因數(shù)得到顯著提高，這些對(duì)節(jié)約能源效益是可觀的。

臨時(shí)主扇采用變頻調(diào)速除具有明顯節(jié)能降速效果外，還有其他間接效益：臨時(shí)主扇轉(zhuǎn)速降低，軸溫、噪音和振動(dòng)等也隨之降低，大大改善了其工作環(huán)境；相比軟啟動(dòng)來(lái)說(shuō)，變頻調(diào)速對(duì)電網(wǎng)和相關(guān)機(jī)電設(shè)備的沖擊更?。慌R時(shí)主扇損壞率下降，維護(hù)量減少，使用壽命延長(zhǎng)。