浅析煤矿主要通风机节能控制技术改造

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  摘要:随着我国国民经济的快速发展,煤矿安全生产受到了国家乃至社会各界越来越多地关注。为了提高煤矿生产活动安全性与生产工作人员的人身安全性,煤矿通风机被各大生产企业广泛地应用于煤矿生产中,而且占有着越来越重要的地位。然而在具体的应用过程中,煤矿通风机呈现出运行效率差、耗电多等问题。这不仅降低了煤矿企业的生产效率,也增加了企业的生产成本。为此,本文对煤矿主要通风机节能控制技术改造进行了探究,望能够促进我国煤矿生产活动的可持续、快速、健康发展。
  关键词:煤矿通风机;节能技术;改造
  煤矿通风机在煤矿生产活动中的运用,旨在提高煤矿生产活动的安全性与生产企业的生产效率。然而,此设备在应用过程中呈现出的缺陷,反而阻碍了煤矿生产活动的高效进行。为了有效的解决这些问题,本文将结合矿井实际,展开了有针对性地研究。
  一、通风机在煤矿生产中的重要作用
  在煤矿生产活动中,通风机成为了煤矿生产企业不可或缺的重要设备之一,它所起到的重要作用主要体现在以下几个方面:
  (1)排出有害气体。在具体的煤矿开采过程中,煤层中会不时地渗出各种有害气体,在不通风的情况下,有害气体达到一定的浓度就会严重地威胁到煤矿开采人员的人身健康。通过运用煤矿通风机,可以将矿井中的有害气体及时地排出,并降低井下空气中的有害气体的浓度,这样可以保证煤矿工人的人身安全和煤矿生产活动的正常进行。
  (2)降低矿井下的温度。煤矿生产过程中会用到诸多生产设备,这些生产设备在运行的过程中会释放出大量热量,如果矿井得不到及时地散热,有害气体,比如瓦斯达到一定的温度就会造成瓦斯爆炸等生产事故。通过运用煤矿通风机,可以降低矿井内的温度,提高煤矿生产活动的安全性。
  (3)为煤矿生产工人创造良好的工作环境。煤矿通风机可以排出矿井中渗出的有害气体,可以降低矿井内的温度,同时,也可以为矿井输入新鲜的空气,这样可以为煤矿生产工人创造良好的工作环境,提高工人的生产效率。
  二、煤矿中主要通风机节能控制技术改造的意义
  通过对具体的煤矿生产活动进行研究我们发现,通风机在运行的过程中呈现出效率低、耗电能大的设备弊端。从短期来看,这些问题不仅降低了煤矿生产效率,也大大地增加了煤矿企业的生产成本。从长远来看,这些问题则会制约着煤矿生产企业的可持续、健康发展。生产企业想要有效地解决这些问题,就需要对煤矿中的主要通风机进行节能控制技术改造。通过对通风机和电控系统进行改造,可以提高通风机的运行效率、生产活动效率,降低煤矿生产中的电能损耗,减少企业的生产成本投入,也大大地提升了煤矿生产活动的安全性,并最终能够促进煤矿生产企业的良性健康发展。
  三、矿井概述
  为了提高煤矿主要通风机节能控制技术改造研究的科学性与合理性,本文对矿井进行了有效地选择与设定。本文所选定的矿井为立井开拓,通风方式采用的是中央并列抽出式,也就是主井负责回风,副井负责进风[1]。为了提高通风效果,在矿井中安装了两台轴流式通风机,一台参加正常的生产活动,一台备用。为了高效地控制两台通风机,他们在规格、型号、启动方式上都是完全相同的。通风机采用的是低压自耦变压器降压启动方式。通风机相关的参数如下:
  风机参数表
  型号 工作风量
  (m3//s) 工作风压
  (Pa) 转速
  (r/min) 功率
  (kw)
  BDK62-8-No23 40-100 1080-3130 740 2×132
  在实际的煤矿开采过程中,通风机的风量会随着矿井不断地被开采而不断地被加大,约为100m3/s。下组煤与不同采区的煤层共同采煤时,矿井的负压也会存在区别。比如,将下组煤和一采区的3号煤层一同采集时,矿井的初期负压大约为1600Pa,中期负压大约为2500Pa,当矿井负压达到最大的时候,通风负压能达到3200Pa。当通风负压非常高时,通风机的运行效率则会大大降低,而且耗电量也会大大增加。这也就意味着我们所选择的通风机已经无法满足当下的煤矿生产需求,也只有对通风机进行节能控制技术改造,方能满足煤矿生产需求,促进煤矿生产活动的正常进行。
  四、煤矿主要通风机改造方案
  (一)主要通风机改造方案
  为了提高煤矿生产效率,降低通风机的耗能量,主要通风机的改造方案会结合煤矿生产的实际来进行。具体的改造方案可以分为以下三种:
  (1)第一种改造方案是在轴流式通风机类型不变的前提下,将通风机的电机、轮毂、机座等均进行相应的改造。首先,要将原有的 2×132kW功率的电机更换成2×185kW的电机,使得电机能够适应高强度的工作量。其次,需要将电机的机座与通风机的轮毂进行相应的改造,使其能与更换后的电机相适应。在确定通风机风量时,要与矿井开采的实际需求相结合,根据所需的风量对通风机的运行角度进行合理的控制,在具体的操作中一般将通风机的运行角度固定为43?,这样可以让通风机的风量接近最大值。为了减少通风机的损耗,通风机在运行时要确保其在低效区进行,尽量工作效率不超过70%,服务年限控制在5a,进而能让通风机尽可能地服务于整个下组煤的开采过程。当下组煤开采完成时,通风机的服务年限也达到了上限。这样也能方便三采区的开拓以及开采的工作过程,有效的避免了通风机找到运行工况点,提高了三采区的开采安全性。
  (2)第二种方案是将通风机的电机更換为2×250kW,比第一种方案中电机的功率更大。为了能让电机正常运行,需要重新改造电机座,并对轮毂进行重新加工。在不更换通风机机壳的前提下,要将轮毂的叶片增加到32片。经过改造后,通风机的运行角度得到了很大的提升,风量也可以达到最大值,使得通风机在初期运行时的工作效率得到了降低,而在中后期则可以大大地提升工作效率,通过改造,通风机的服务年限可达20a。为了适应煤矿生产需求,当服务年限达到最大值时,则可以对通风机重新进行改造。   (3)第三种方案则是直接替换通风机的类型。将BDK62-8-No23通风机替换成BD-8-No23通风机。替换后的通风机的运行效率得到了提升,而且耗电量低。为了达到更好的通风效果,需要将替换后的通风机的电机替换为2×250kW的电机。通过对电机进行改造,使得整个通风机达到最佳的运行状态,并使其满足了整个矿井的开采通风需求。
  (二)主要通风机供配电及电控系统改造方案
  改造方案是结合矿井通风设备以及矿井生产活动的具体情况来进行,确定了三种不同的通风机电控系统改造方案。
  1、改造工业场变电所
  (1)通风机采用低压供电
  通风机如果采用低压供电,就需要提前确定工业广场变电所的负荷大小以及变压器室的空间[2]。同时,将原有的变压器变更为两台SC9-1000/10型的干式变压器。当变压器室温度较高时,需要在室内安装可以自动控制的轴流风扇,来对变压器室进行散热。
  (2)通风机采用高压供电
  为了提供通风机的工作效率,当采用高压供电时,需要将原有的电机更换为2×250kW的电机,由于此种电机为高压电机,这样可以适应高压供电环境。同时也需要相应地加设一套高压配电设备,并对高压配电室进行扩建,使得通风机能够达到良好的工作性能。
  2、主要通风机节能控制系统改造
  (1)工、变频控制方式
  此种控制方式的成功运用需要用到工、变频控制柜和运行控制柜。为了防止工、变频控制柜出现性能异常而影响到整体的工作进度,则需要将工、变频控制柜的数量都定在两台。这样就需要总共5台控制柜。为了提高控制效率,需要将5台控制柜都安排到控制室内,并经控制柜的控制方式规定为PLC。此种控制方式的改造费用会显得多一些,大概在100万左右。
  (2)自耦变压器降压启动控制方式
  电动机的启动电流有时会冲击到输电网络,采用自耦变压器降压启动节能控制方式,则可以有效地规避这一点[3]。同时,此种启动方式可以让通风机在较短的时间内就能达到额定转速,并可以对电动机的停止进行人为干预。实践证明,通风机电机在额定转速下运转,会影响到通风机的节能功效,为了改变此种状态,调节通风机的叶片角度可以实现对通风量的有效控制,并有助于通风机电机拿到节能的效果。经过统计,此种启动控制装置大概的花费在70万左右。
  (3)变频控制方式
  变频控制方式下,变频和PLC系统可以各自控制两台通风机[4]。此种方式下的控制系统具有高自动化特点,可以进行连续性的自动检测。在煤矿生产过程中,如果系统检测出温度过高,
  就会及时地启动报警模式,进而方便工作人员通过通风机对高温进行及时地处理。同时通风机也会及时地进行软启动,达到良好的节电功效。也正是由于此种控制方式的自动化水平高,且节电效果显著,使其资金投入比其他控制方式都要高,而且会高很多。具体的设备购置费用会在110万元左右。
  五、煤矿主要通风机改造方案选择
  (一)主要通风机的改造方案选择
  通过对比分析可以发现,在第一种和第二种改造方案中,由于通风机的运行都存在效率低的特点,使得通风机无法满足现实的生产需要,这就需要投入大量的成本对通风机进行二次改造,提高通风机的运行效率,促进煤矿生产活动高效的进行。而第三种方案,则是将通风机直接换掉,经过替换后的通风机不仅风量大、风压高,而且工作效率高、安全性高、产生的噪音小,诸多优点使得替换后的通风机可以满足各个采煤阶段的通风需求,而且提高了生产效率,使得煤矿生产活动得到了安全高效的进行。因此,三种方案经过对比,第三种方案是最优的选择。
  (二)通风机电控系统控制方案选择
  方案一属于高压控制系统,此方案对配电室有更高的要求。如果煤矿企业采取此种通风机电控系统控制方案,则需要对配电室进行扩建改造,这样就额外的增加了改造投入。方案二属于低压控制系统,为了此方案的成功运用,在对系统检修的过程中实现通风机的电控系统的改造工作。通过合理地运用变频控制技术,使得电控系统的自动化水平得到了大大地提升,进而保证了通风机的高效运行,同时,由于通风机的启动方式为软启动,这样可以大大地减少通风机运行过程中的耗电量。方案三属于高压变频控制系统,此系统的通风机具有风量大、高压、工作效率高、安全性能高、噪音小等诸多优点,而且通风机可以实现软启动,这大大地降低了通风机的耗电量。然而,此方案的前期成本投入要大于其他两个方案。经过综合考虑,可以看出方案二是主要通风机节能控制方式中的最佳方案。
  六、煤矿主要通风机节能控制技术改造方案应用效果分析
  在煤矿主要通风机节能控制技术改造方案中,通过将改造后的通风机和电控系统投入到实际的煤矿生产活动中,获得了良好的效果。降低了煤矿生产活动中通风机的耗电量,也提高了生产效率。改造后的通风机在结构设计上更加的简单,工作性能更加的好。减少了设备日常维护与检测的工作量,使得检测维护工作更加的便捷。通风机电机在运行过程中会产生大量的热量,此时通风机电机的散热系统的性能好坏直接决定着通风机的整体性能。为此,设备改造人员在专门的隔流腔中安装了电机,此种操作大大的提高了通风机电机散热系统的性能,使得通风机电机在生产中释放的热量可以得到及时的散发,同时,也防止了通风机风道中存在易燃易爆气体,进而大大地提高了煤矿生产活动的安全性。在通风机的控制改造方案中,采用的是工、变频控制方式,此种方式会用到控制柜,在方案的具体使用过程中,电控柜被加设了彩色触摸屏,通过加设此操作模块,工作人员可以对通风机进行实时的监测,并可以对其进行远程控制。改造后的通风机在煤矿生產活动中所达到的节能效果十分明显,每年节约的电能就高达53多万度,节约的电费则高达35万元,这在很大程度上降低了企业的生产投入成本,也为煤矿生产企业的长久发展提供了强有力的动力支持。
  七、结束语
  总之,在具体的煤矿生产过程中,主要通风机在生产运行过程中普遍存在着运行效率低、耗电量严重等设备弊端。为了有效的解决这些问题,就需要针对主要通风机节能控制技术进行改造。本文对通风机及其电控系统提出了不同的改造方案,通过对比,选择出了将BDK62-8-No23通风机替换成BD-8-No23通风机的改造方案和变频控制方式。改造后的通风机和电控系统在实际的煤矿生产活动中体现出了高稳定性、高可靠性、高运转效率,而且大大地减少了煤矿生产中的电能消耗,为企业节约了生产成本,也为企业的可持续、快速健康发展提供了强有力的设备支持。
  参考文献:
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