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浅谈煤矿通风机节电技术
时间:2014-3-23  来源:中国节能在线  
  一、引言
  
  煤矿通风机俗称“电老虎”,其耗电量较大。该设备全年不停地运行,而且不同时期对风量的要求又不相同,如节假日用风量较小,矿井建设初期用风量也较少,因此,选择一种好的调节风量的方法,完全可以降低吨煤电耗,而且可以提高风机的使用寿命,这样就可以给企业带来可观的经济效益。
  
  
二、工作原理及有效途径
  
  1、工作原理
  
  矿用通风机调节方法有多种形式,目前国内煤炭企业主要采用调节管网阻力法、调节转速法、调节进口导流器叶片法、调节叶轮叶片法等形式。根据风机的轴功率变化特性曲线显示,当风机的转速改变时,轴功率与转速的三次方成正比变化,可见,调节转速是风机节能改造效果最明显的技术途径。
  
  2、调节方法
  
  通风机常见的调速方法主要有:可控硅串级调速、直流机组调速,交-交变频调速、液力调速等几种方式。
  
  2.1液力偶合器调速
  
  1)调节原理
  
  电机输出轴高速旋转带动液力偶合器泵轮旋转,将液体介质以高速高压流冲向液力偶合器涡轮叶片,使涡轮跟随泵轮作同向旋转并带动风机;而传动介质由涡轮外缘流向内侧并减速减压流向泵轮形成涡流循环,在这种循环中,通过导管系统直接改变传动介质质量,可无级调节转速并将电动机的机械能柔性传递至风机。
  
  2)技术特点
  
  ①由于调速型液力偶合器本身结构特点,可实现电动机空载起动,可放弃原有的已老化的电动机控制系统,采用液力偶合器自身的简单控制系统,并利用电动机可空载起动,提高其起动能力,减小对电网的冲击;
  
  ②由于传动介质为油液,可隔离扭振,减缓冲击;
  
  ③结构简单可靠,控制操作方便;
  
  ④除轴承之外,无机械磨损,效率高,节能效果显著。
  
  2.2.2可控硅串级调节电机转速
  
  1)调节原理
  
  电网电能经异步电动机气隙传递到转子的电磁功率P2,一部分为机械输出功率Pm,另一部分为转差功率Ps。它们之间的关系如下
  
  P2=Pm+ps
  
  P2=Mω1
  
  Pm=(1-s)P2
  
  Ps=sP2=3I22R
  
  式中M-电动机的电磁转矩;
  
  ω1-同步角速度;
  
  I2-转子每相电流;
  
  R-转子电阻;
  
  s-转差率。
  
  原机组采用转子电路串接附加电阻实现调速。显然在低速运转时,s升高,转差功率Ps升高,此时,转差功率Ps无法加以利用,只能白白消耗在外部附加电阻上,所以这是一种低效率的能耗调速方法。如在转子回路代替附加电阻接入一套电器装置,同样能实现调速,并具有节能的显著优点。
  
  2)技术特点
  
  调速系统为全数字化显示,电控系统采用PLC技术取代模拟控制和有触点电器传动方案,提高系统可靠性。本方案控制的只是转子转差功率,系统设备投资少。尤其是采用双闭环调节技术,可以做到平滑无级调速及较硬的机械特性。此方案是矿用风机节能调速的优选技术方案之一。
  
  2.2.3直流机组调速
  
  1)调节原理
  
  直流电机采用它激励磁,定子电路采用固定直流供电,转子电路采用可控硅变流器供电,改变可控硅导通角α,即改变转子供电电压,改变转子电磁转矩,实现调速目的。
  
  2)技术特点
  
  调速范围广,调速性能好,效率高,技术稳定可靠。但常见的通风系统采用交流电机,需改换成直流电机,设备投资及直流电机维护量大,不代表电气传动的发展方向。因此,在风机节能项目改造中应用较少。
  
  2.2.4交-交变频调速
  
  1)调节原理
 [FS:PAGE] 
  交-交变频器其主回路由2组并联的变流器P组和N组组成。P组和N组轮流向负载供电,则在负载上获得交流输出电压U0。U0的幅值由变流器的控制角α决定。U0的频率由2组变流器的切换频率决定。如果变流器采用桥式接法,则三相负载需要36个晶闸管元件;如果用零式接法,也需要18个晶闸管元件,元件数量较多。另外,矿井供电电压常见为双路6kV,目前还没有能直接在6kV电压下的晶闸管元件。故系统采用高-低-高供电方案,需增加2套晶闸管用变压器。
  
  2)技术特点
  
  调速范围广、高效、优质调节。晶闸管元件数量多,需增加降压、升压变压器,系统设备多,投资大。因此,在风机节能项目改造中应用较少。
  
  
三、经济效益分析
  
  煤矿原有工作方式为全年12月,每月30d工作制,目前随着高产高效工作面的推广应用及国家法定假日制的实行,粗略计算每年约有休息时间T=2,400h。若风机装机容量P1按500-1,000kW考虑,工业电费m按0.3元/kWh计算,保安风量按常规的85%考虑,风机功率降低为P2=P1×0.853=61.4%P1。每年节约电费:M=(P2-P1)Tm。风机功率越大,每年节约电费也越多。
  
  风机功率与节电费的对应关系
  
  风机单机功率/kW年节约电费/万元
  
  50022
  
  60026.5
  
  70030.9
  
  80035.4
  
  90039.8
  
  100044
  
  
四、结束语
  
  经分析,选择可控硅串级调速和液力偶合器调速作为优选方案。
  
  调速系统全数字化,电控系统采用PLC技术,尤其是采用双闭环调节技术,可以做到平滑无级调速,及较硬的机械特性。
  
  柔性传递机械能,可无级调速并空载起动,对电网冲击小,结构简单可靠,控制系统简单,操作方便,效率高,节能效果显著。
  
  通过上述分析,通风机系统风机节能改造项目从技术途径上看是完全可行和可靠的,从每年节约电费考虑,可给生产单位带来显著的经济效益;从国家能源政策来看,此项工作具有现实意义。


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