段麗芬

（曲靖市富源縣能源局綜合執(zhí)法大隊(duì)，云南 富源 655500）

現(xiàn)階段，一部分小煤礦開采技術(shù)還較為傳統(tǒng)和落后，生產(chǎn)耗能較大，生產(chǎn)效率較低。變頻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用可以有效地降低能耗，因此，在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛的認(rèn)可。近年來，有越來越多的企業(yè)開始應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，變頻節(jié)能技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚屬空白階段，可上升空間比較大，具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。本文重點(diǎn)介紹了該技術(shù)在煤礦行業(yè)中的應(yīng)用。可以提高煤礦的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能性和安全性，明顯降低了煤礦的生產(chǎn)成本。

1 變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用及原理

1．1 變頻節(jié)能技術(shù)

我國(guó)雖然在能源科技上取得了比較明顯的成效，但是和世界能源強(qiáng)國(guó)相比較，還有著明顯的不足，比如，在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家，早就研發(fā)出了煤炭的節(jié)能開采技術(shù)，早已經(jīng)應(yīng)用在了一些重點(diǎn)煤礦區(qū)域，在這些區(qū)域內(nèi)完全可以做到無人化開采。在國(guó)外，變頻節(jié)能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，基本能保證在2035年之前實(shí)現(xiàn)智能化地開采模式，而在我國(guó)，這項(xiàng)技術(shù)還有很大的發(fā)展提升空間。

1．2 變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

顧名思義，變頻器是一種特殊的控制裝置，不僅具有開關(guān)的功能，更重要的是，它可以轉(zhuǎn)換不同的電流頻率，這項(xiàng)技術(shù)是通過利用一些設(shè)備實(shí)現(xiàn)電流頻率的改變，這些裝置就是變頻設(shè)備，它不僅可以有效地調(diào)節(jié)整個(gè)馬達(dá)的速度，更重要的是，它可以通過開關(guān)功能調(diào)節(jié)頻率。變頻器使用功率半導(dǎo)體器件來打開和關(guān)閉功率頻率電源。

在煤礦生產(chǎn)中，如果將變頻節(jié)能技術(shù)合理地應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備，一方面，可以降低煤礦工業(yè)用電成本投資；另一方面，可以控制設(shè)備的廢棄物排放，減少對(duì)環(huán)境的污染，真正起到了節(jié)能減排的作用。

1．3 變頻節(jié)能技術(shù)原理

變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理：在某一段時(shí)期內(nèi)，一些設(shè)備所使用的交流電的頻率都是固定不變的，維持在一個(gè)平衡的狀態(tài)中，而變頻節(jié)能技術(shù)打破了這個(gè)平衡，使頻率可隨時(shí)發(fā)生變化，并且可隨著人們自己的意愿隨意調(diào)節(jié)，簡(jiǎn)而言之，就是工頻電流的信號(hào)在整流器中變?yōu)橹绷麟娫矗嚓P(guān)的原理如圖1所示。變頻器的結(jié)構(gòu)比一般的設(shè)備更加復(fù)雜，組成部分也十分重要，涉及的元器部件種類繁多，變頻器會(huì)根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況，對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行控制，可以達(dá)到節(jié)約能源的目的，其中，每個(gè)系數(shù)都代表著不同的意思，比如，PID控制，它主要控制著比例、積分、微分等相關(guān)系數(shù)，目標(biāo)值進(jìn)入電流中，輸出值返回到壓力變送器中，返回信號(hào)。

圖1 變頻節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)原理圖

2 變頻節(jié)能技術(shù)的歷史背景

就目前而言，我國(guó)的能源資源結(jié)構(gòu)比較單一，依舊以煤為主導(dǎo)地位，占能源資源總量的80%以上，正因?yàn)槿绱?，?duì)空氣的污染特別大，對(duì)環(huán)境的破壞更為嚴(yán)重，對(duì)人類產(chǎn)生的危害甚至無法預(yù)估。據(jù)研究者進(jìn)行預(yù)測(cè)分析可以知道，我國(guó)尚有數(shù)值可觀的煤炭?jī)?chǔ)備量，以此推算，如果以年產(chǎn)50億噸原煤的速度，還可以供應(yīng)至少100年。即使這樣，但優(yōu)質(zhì)的煤炭資源卻少之又少。而其中最為關(guān)鍵的是，我國(guó)是一個(gè)能源消耗大國(guó)，但是，能源的利用率特別低，在國(guó)際上甚至排名在倒數(shù)幾位。在我國(guó)，很多用煤的企業(yè)一直采用粗放的生產(chǎn)方式，多年來一直都沒有改變其生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式，一些小煤礦的回收率還達(dá)不到10%，這將遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的要求，將造成煤炭資源的極度浪費(fèi)。據(jù)資料的不完全統(tǒng)計(jì)，1949～2019年，短短70年的時(shí)間內(nèi)，全國(guó)煤炭資源浪費(fèi)了多達(dá)500多億噸，如果按照這個(gè)速度進(jìn)行下去，全國(guó)將會(huì)有更多的資源會(huì)被浪費(fèi)，所以必須開發(fā)一些新的科學(xué)技術(shù)，確保煤炭資源不會(huì)白白地被浪費(fèi)。

3 實(shí)際的應(yīng)用案例

3．1 煤礦的整體情況

初步設(shè)計(jì)后，某煤礦的生產(chǎn)能力大約為每年90萬t/a，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)能力可以將它劃分為中大型礦井。礦井的結(jié)構(gòu)分別由主斜井、副斜井和回風(fēng)立井組成。回風(fēng)立井安裝2臺(tái)FBCDZ-10-No28B型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，經(jīng)初步的計(jì)算，最大的風(fēng)量為Qmax=11200m3/min，風(fēng)壓H=752～2843Pa，與此同時(shí)，額定的轉(zhuǎn)速n=580r/min。為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)配備2臺(tái)風(fēng)機(jī)，1臺(tái)正常使用，1臺(tái)備用，每臺(tái)風(fēng)機(jī)配備2臺(tái)供電電壓10kV功率250kW的YBF560S1-10型防爆電機(jī)。原來設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)為工頻模式。

3．2 提出變頻調(diào)速節(jié)能

現(xiàn)在，礦井的生產(chǎn)正處于試運(yùn)行階段，主通風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量遠(yuǎn)超于井下的實(shí)際所需要的風(fēng)量7284m3/min。在這種情況下，為了保證風(fēng)機(jī)能夠處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，就需要及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)的葉片角度、風(fēng)門的轉(zhuǎn)向等，只有這樣，才能準(zhǔn)確地保證風(fēng)量的供需達(dá)到平衡的狀態(tài)。通風(fēng)機(jī)一直處于均勻的速度運(yùn)行。但是，從實(shí)際的生產(chǎn)情況來看，勻速的運(yùn)行會(huì)帶來各種各樣的問題：（1）會(huì)造成電能的嚴(yán)重浪費(fèi)，就我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來看，煤礦一直處于產(chǎn)業(yè)的初級(jí)階段，風(fēng)量的需求不是特別大，但與此同時(shí)，主通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)余量又特別大，如果長(zhǎng)時(shí)間一直處于供求關(guān)系不平等的狀態(tài)，會(huì)造成能源極大的浪費(fèi)，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；（2）如果主通風(fēng)機(jī)采用直接啟動(dòng)的方式，就會(huì)造成啟動(dòng)的時(shí)間特別長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致電流瞬間變大，在這個(gè)時(shí)候，就會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的線路造成嚴(yán)重破壞，甚至?xí)龤д麄€(gè)電動(dòng)機(jī)，一旦產(chǎn)生較大的電流，就會(huì)嚴(yán)重影響到整個(gè)電動(dòng)機(jī)的使用壽命，更嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及工人的生命安全；（3）自動(dòng)化程度降低，以前主通風(fēng)機(jī)主要依靠人工進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加了人工的成本。現(xiàn)在，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法已經(jīng)很難滿足煤炭的生產(chǎn)需求，所以，需要使用變頻的調(diào)速技術(shù)，來提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，只有這樣，才能提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。

3．3 變頻器應(yīng)用效果

通過公式可以知道，主通風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率Q0=11200m3=186.7m3/s，變頻轉(zhuǎn)速Q(mào)0=11200m3=186.7m3/s，頻率由以上計(jì)算的結(jié)果可知，每年風(fēng)機(jī)可以節(jié)省不少的電費(fèi)，假如它可以明天運(yùn)轉(zhuǎn)24小時(shí)，每年按照365天計(jì)算，，按照國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的電費(fèi)價(jià)格0.7元/kWh計(jì)算，風(fēng)機(jī)每年可以節(jié)省的電費(fèi)大約在222.2萬元。由此可知，引入了變頻調(diào)速的裝置，可以明顯地節(jié)約成本。同時(shí)，由于礦井的服務(wù)年限長(zhǎng)達(dá)23.7a，可以通過2a左右的時(shí)間收回變頻器的成本，極大地減輕了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)語

綜上所述，變頻節(jié)能技術(shù)可以明顯地降低能源的消耗，提高設(shè)備的運(yùn)行速度，保護(hù)機(jī)器設(shè)備的正常使用，提升煤礦的經(jīng)濟(jì)效益，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約人工成本、保護(hù)環(huán)境等。伴隨著社會(huì)的迅速發(fā)展，我國(guó)的各項(xiàng)技術(shù)正處于一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期，隨著對(duì)它的研究越來越深入，研發(fā)部門投入了更多的資金，派出高端人才到國(guó)外深造，以及我國(guó)各級(jí)政府的大力配合，我國(guó)的各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)一定會(huì)取得高質(zhì)量的發(fā)展。