劉雄飛

（山西晉煤集團(tuán)沁秀煤業(yè)有限公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

1 概述

岳城煤礦為沁秀公司下屬主力生產(chǎn)礦井，主采3#、15#煤層，年生產(chǎn)能力150 Mt/a。地面有5 個(gè)筒倉(cāng)，每個(gè)筒倉(cāng)高度30 m，筒倉(cāng)直徑10 m。為有效緩解煤倉(cāng)瓦斯壓力，杜絕區(qū)域瓦斯積聚事故，特在每個(gè)筒倉(cāng)上方安裝2 個(gè)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)排，由來(lái)自該礦6 kV 變電站的二回路對(duì)電機(jī)分別進(jìn)行供電。由于風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期以50 Hz 工頻狀態(tài)運(yùn)行，雙臺(tái)風(fēng)機(jī)輸出功率恒定為14.4 kW，設(shè)備空轉(zhuǎn)造成了很大的能源浪費(fèi)。通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)加速運(yùn)行，噪音持續(xù)在85～95 dB 左右，對(duì)作業(yè)人員造成很大危害。因此非常有必要對(duì)筒倉(cāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)筒倉(cāng)運(yùn)轉(zhuǎn)高效低耗的目的。

2 改造方案

建立局部通風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，隨時(shí)掌握筒倉(cāng)瓦斯?jié)舛葎?dòng)態(tài)變化；并根據(jù)瓦斯?jié)舛却笮?，通過(guò)PLC 控制系統(tǒng)自動(dòng)控制局部通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，既及時(shí)排除了瓦斯，又減少了空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的資源浪費(fèi)；對(duì)低電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，同時(shí)在通風(fēng)機(jī)口安裝降噪格柵，降低局部通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)出的高頻噪音。

本次改造所用PLC 控制器為西門(mén)子公司S7-200smart 系列，參數(shù)選擇37 kW，60 A，電壓等級(jí)AC380 V，變頻器啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能提供0.5 Hz/150%額定轉(zhuǎn)矩輸出。甲烷傳感器選用南京北路的GJ4/100礦用高低濃度甲烷傳感器。礦用通風(fēng)機(jī)選用山西盛佳的2×15 kW/380 V 抽出式通風(fēng)機(jī)。

筒倉(cāng)局部通風(fēng)機(jī)節(jié)能降噪技術(shù)改造設(shè)備布置如圖1 所示。

圖1 局扇系統(tǒng)設(shè)備布置圖

如圖所示，在筒倉(cāng)頂部正常風(fēng)流處安設(shè)甲烷傳感器，對(duì)煤倉(cāng)瓦斯實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警。接近開(kāi)關(guān)主要用于煤倉(cāng)存煤位置的檢測(cè)，當(dāng)煤位與開(kāi)關(guān)距離達(dá)到動(dòng)作距離時(shí)，無(wú)需機(jī)械接觸即可使開(kāi)關(guān)動(dòng)作，并將動(dòng)作指令信號(hào)傳輸至PLC 變頻控制器。

2.1 變頻控制

當(dāng)前每臺(tái)通風(fēng)機(jī)有2 臺(tái)電機(jī)，均采用普通防爆開(kāi)關(guān)人工進(jìn)行控制。因此給通風(fēng)機(jī)配備PLC 變頻器，對(duì)筒倉(cāng)內(nèi)的瓦斯?jié)舛茸兓M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將瓦斯?jié)舛戎缔D(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)變頻器來(lái)調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率。變頻控制示意圖如圖2 所示。

圖2 變頻控制示意圖

如上圖，每個(gè)通風(fēng)機(jī)由2 臺(tái)380 V/15 kW 異步電機(jī)同時(shí)進(jìn)行供電，故設(shè)計(jì)使用1 臺(tái)36 kW 的PLC變頻器，通過(guò)兩個(gè)并行端口與電機(jī)分別連接，對(duì)2臺(tái)電機(jī)進(jìn)行同步變頻控制。

2.2 噪聲控制

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，噪音來(lái)源，一是電機(jī)的低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，二是通風(fēng)機(jī)口的高頻振動(dòng)。采用變頻器進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)后，電機(jī)噪音能夠有效控制在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)。擬采用安裝降噪格柵對(duì)通風(fēng)機(jī)口進(jìn)行降噪。

3 改造效果分析

3.1 節(jié)能效果

改造前后風(fēng)機(jī)功率輸出如表1 所示。

表1 改造前后風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

節(jié) 能 計(jì) 算 公 式： 實(shí) 際 節(jié) 能 率=（P1-P2）/P1×100%，由此得改造前后節(jié)能率如表2 所示。

表2 改造前后風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗統(tǒng)計(jì)表

由上表可知：

（1）筒倉(cāng)風(fēng)機(jī)改造前，當(dāng)瓦斯?jié)舛茸兓翟?.1%～0.3%區(qū)間時(shí)，風(fēng)機(jī)工頻以額定功率一半運(yùn)行，即一直保持在7.2 kW。

（2）當(dāng)瓦斯?jié)舛戎怠?.3%時(shí)，風(fēng)機(jī)工頻以額定功率運(yùn)行，即功率一直保持在14.4 kW。

（3）改造后風(fēng)機(jī)保持變頻運(yùn)行，隨著瓦斯?jié)舛鹊纳仙?，功率從最?.8 kW 開(kāi)始變化，直到達(dá)到最大功率14.4 kW 運(yùn)行。

（4）根據(jù)筒倉(cāng)內(nèi)瓦斯實(shí)際濃度值日常絕大多數(shù)時(shí)間是維持在0.1%左右，故綜合考慮節(jié)能率能夠達(dá)到27%以上。

3.2 降噪效果

改造前后風(fēng)機(jī)周?chē)胍舴重愔祵?duì)比如表3 所示。

表3 改造前后風(fēng)機(jī)噪音分貝值統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)上表可以看出，改造后筒倉(cāng)周?chē)胍舴重愔稻抵?0 dB 以下，明顯小于《煤礦安全規(guī)程》對(duì)局部通風(fēng)機(jī)周?chē)胍簟?5 dB 的要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

項(xiàng)目于2018 年5 月—8 月在岳城礦洗煤廠進(jìn)行了節(jié)能降噪示范研究。研究表明，項(xiàng)目實(shí)施后筒倉(cāng)周?chē)胍裘黠@降低，實(shí)測(cè)值在10～80 dB 范圍內(nèi)，職工工作環(huán)境有了顯著改善。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)通過(guò)變頻調(diào)速后，節(jié)能率達(dá)到27%以上，電機(jī)實(shí)際功率15 kW。按1 臺(tái)風(fēng)機(jī)每天運(yùn)轉(zhuǎn)24 h、每年工作182 d、電費(fèi)1元、5 臺(tái)風(fēng)機(jī)計(jì)算，則每年可節(jié)省費(fèi)用8.77 萬(wàn)元，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。