煤矿通风与运输设备的节能措施探究

刘保龙

0 前言

现阶段，随着社会与经济快速发展，资源消耗数量不断增加，同时环境污染问题日益严重，人们越来越重视节能减排工作，我国政府更是出台了多项宏观调控措施，力求达到节能减排的目标。我国节能减排工作之中，煤矿企业是非常重点的节能减排对象。对于煤矿企业来说，矿井开采过程中消耗的能源是最大的，而其中通风与运输电气设备的耗能又非常多。现阶段，通过何种方法能够有效的降低煤矿通风与运输电气设备能源消耗数量是煤矿行业亟待解决的问题。

1 通风机设备节能运行分析

在晋华宫矿的实际生产中，所使用的通风机设备为抽出式通风机设备，一共有两台，目前通风机设备在运行中主要存在下列问题：在电机刚刚启动的过程中，会直接由完全停止状态而进入至满负荷运行状态，这样导致了电动机的启动电流会非常大，使得电动机受到相对大的冲击。在风机启动之后，电动机也会全速运行，通过调整风门的大小，实现风量的调控，这样会导致能源出现较大的浪费，而且对于通风机的控制精度不高，很多情况下是根据操作人员自身经验对通风机的运行进行监测，并对可能存在的故障进行判断，这样会导致安全隐患相对较大[1]。

1.1 基于PLC技术的通风机设备节能改造

1.1.1 变频器原理和优点分析

（1）变频器的输入特性更加纯净。要是变频器装置额定容量较输入的容量大于输出的容量，此时便可以确保在线的设备不会受到谐波干扰。

（2）可以进一步提升功率因数。所谓功率因数指的是有功功率和总功率之间的比值。若是功率因数偏低，则将产生方波电流，方波电流的出现将导致谐波的产生，同样也会产生谐振。

（3）输出正弦波更加完美。变频装置由于采用的是无谐波设计，因此其能够输出正弦波，无需加设外部输出滤波装置。变频装置在实际的运行过程中，仅仅会出现非常少的失真电压波形，同时还能够将谐波消除，这样便可以防止电机发热，使得设备的磨损更小，有效提升了机电设备的使用寿命[2]。

1.1.2基于PLC技术的系统改造

通风机设备节能改造示意图如图1所示。

图1 通风机设备节能改造示意图

（1）配电改造。对于高压部分进线采用的是6 kV双回路进线，采用的接线方法是单母线接线方法，在中间采用母线完成联络。对于低压部分进线采用的也是双回路进线，在末端位置处设置双电源，确保工作电源以及备用电源之间能够自动完成切换，从而有效地保证了供电地稳定性以及可靠性。

（2）传动改造。在对传动系统进行改造的过程中，一组变频装置仅仅能够针对其中一台电动机运行发挥拖动作用，拖动冗余通过切换柜装置完成。采用变频控制的模式可以利用两种不同方法实现，分别为远程控制方法和就地控制方法。此次节能改造采用远程控制方法，变频控制的方式是采用双通道控制方式，通过外部的硬接线以及通讯两种不同方法共同的达到对电动机运行有效控制的目标[3]。

（3）控制改造。控制系统之中的上位机的控制核心单元便是PLC单元，通过触摸屏、操作台以及工控装置等一起完成控制工作，若是某一个设备出现了故障，还能够确保通风机设备能够正常的运转。工控机发出的控制命令一旦传输出去，便会经由交换机设备，借助于以太网络将数据信息传输至PLC装置之中，由PLC完成设备的操作与控制。操作台则通过硬接线的方法对通风机和相关的辅助机电设备加以控制，其不依靠PLC装置便能够完成控制工作，这样便能够保障通风机设备在PLC系统发生故障的情况下，依旧可以有效的得以控制，保证通风机设备能够正常的运行[4]。下机位采用的是拥有优良性能的S7-400H作为通风机设备控制装置，并且将其中重要一些部件进行冗余配置，若是系统出现了故障，则便能够将出现故障的元件自动的切换至备用元件，这样便能够保障系统可以持续、稳定地运行。

（4）在线监测改造。在进行在线监测改造过程中，采用的是双套工控设备、触摸设备以及操作台装置，这样确保了实际运行和备用能够随时互换。监测系统通过采集模块针对通风机设备运行过程中的实时数据进行收集，然后把收集到的相关数据信息传输至PLC装置之中，经过PLC处理之后传输至上位机之中，从而确保系统能够完成对数据的统一、实时监控[5]。

1.2 通风机节能改造效果分析

在改造之前通风机的运行功率为250 kW，而在变频运行工况之下，通风机设备的实际运行功率为135.2 kW，所以，可以计算得到采用PLC技术对通风机设备进行变频改造之后每年节约的电能约为：

电费的价格按照0.8元/(kW·h)进行计算，则每年可节约电费为：

可见，对通风机设备进行节能改造之后，每年节约的电能为2 011 296 kW·h，节省的电费为1 609 036.8元，具有非常显著的经济效益与社会效益[6]。

2 输送机设备节能运行分析

带式输送设备能够实现煤炭有效输送，不过，在其运行过程中却存在较为严重的能源浪费问题，输送机设备的能耗控制主要包含有：输送设备电机启动中的能耗控制以及传送设备运行中功率平衡控制。在输送设备实际运行时，在运输煤炭数量不断增加情况下，输送设备对应的能耗随之也会相应增加，设备的磨损同样会不但增加，导致设备的能耗有所增多。以往使用的输送设备之中，电动机无论出于何种工况之下，均是使用50Hz工频运行，无法根据运输物料具体情况而自动对电动机运转速率加以调控，若是输送带之中不存在物料或者物料相对少情况下，导致电机的负载效率变得较低，输送设备运行效率也会随之下降，从而导致了能源浪费问题[7]。同时，由于输送带在相当长的一段时间内不间断运行，将导致输送带的摩擦进一步加剧，传送带极易出现磨损问题，对于煤矿开采的正常运行带来不利影响。比如，在矿井实际生产过程中，因为煤质不断的变化，加之天气因素，煤炭的开采数量同样也会有所变化，煤炭输送量随之发生改变。所以，输送设备所输送煤炭数量同样也会有所波动，经常发生轻载现象，个别时间段还会出现无煤现象。针对上述这一问题，要是所有的电机均处在工频状态之下，将会导致大量的能源浪费，同时也会造成输送带磨损问题。所以，应当采用变频电机，确保输送设备的传输速率能够依照运送物料情况而实时进行调节，从而达到节能目标[8]。

若是运输设备运量Q保持恒定，运输设备功率P与运速v之间存在相应的比例关系，如图2所示。

图2 运输设备运速和功率之间的比例关系

从图2中能够得出，在同一运量保持不变的情况下，当输送设备运输的速率增加，相应的功率也会随之增大，此时所消耗能量也会更多。在同一功率之下，运量有所增加，相应的运速会随之降低。所以，能够得出，运输设备的运量、功率以及运速三者间存在一定的制约关系，要想确保运输设备能耗能够进一步的降低，可以在特定的范围内根据运量情况而适宜降低运速，在三者之间寻找到对应的平衡点，这样便可以达到节能的目标。

3 结语

煤炭资源属于一种极为重要的能源，而在煤炭开采过程中，对于电能的需求量非常大，这也是国内目前电力供应紧张的重要影响因素。在煤矿开采过程中，通风与运输电气设备的能耗相对较大，在国家节能减排要求之下，对于通风与运输电气设备开展节能研究拥有极大意义。在煤矿生产环节，要想实现通风与运输电气设备的节能目标，不仅要进一步提升电气设备节能能力，还要不断优化通风与运输电气备运行能耗，这样才能取得良好的节能效果。