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主通風(fēng)機(jī)分時變頻控制技術(shù)的研究與應(yīng)用

2020-09-21 10:09顧新宇李小玉史俊文
中國礦山工程 2020年4期
關(guān)鍵詞:風(fēng)量變頻時段

顧新宇,李小玉,史俊文

(1.山東能源臨礦集團(tuán)會寶嶺鐵礦,山東 臨沂 277712; 2.山東煤炭技師學(xué)院,山東 臨沂 276017)

1 前言

據(jù)統(tǒng)計,對各類金屬非金屬地下礦山而言,通風(fēng)系統(tǒng)能耗占整個礦井能耗的24.4%~40.5%[1]。礦井主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是否合理將直接影響礦井的能耗水平。目前國內(nèi)部分礦山通過調(diào)整主通風(fēng)機(jī)的電機(jī)運(yùn)行頻率達(dá)到了一定的節(jié)能效果,但該方法僅限于礦井生產(chǎn)初期通風(fēng)能力大于生產(chǎn)能力時使用,具有較大的局限性。因此,研究一種適合礦井全壽命周期的主通風(fēng)機(jī)變頻控制技術(shù),在滿足井下安全生產(chǎn)的前提下采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档屯L(fēng)機(jī)能耗,對于提高經(jīng)濟(jì)效益,保障安全生產(chǎn)具有顯著地意義[2-4]。

2 主通風(fēng)機(jī)分時變頻理論的提出

2.1 井下生產(chǎn)情況決定礦井需風(fēng)量

礦井主通風(fēng)機(jī)的容量是按照礦井最大需風(fēng)量設(shè)計的,因此礦井主通風(fēng)機(jī)基本上處于欠載運(yùn)行[5-6]。礦井需風(fēng)量計算主要考慮井下爆破、作業(yè)人數(shù)、設(shè)備功率以及爆破裝藥量等因素。而對大多數(shù)礦井來講這幾個因素是動態(tài)變化的,主要有以下兩方面的原因:一是大部分礦山井下工作的情況是白班多,晚班少。現(xiàn)在大部分礦山井下主要采、掘、爆破等作業(yè)都安排在白天,晚上只是安排少量出礦、維修等作業(yè)。二是不同作業(yè)工序的需風(fēng)量不同的,例如礦房大爆破后需要增大風(fēng)量及時排出炮煙,而交接班時間段井下沒有人員作業(yè)需風(fēng)量就很少,這就意味著礦井的總需風(fēng)量是動態(tài)變化的。若一直保持主通風(fēng)機(jī)以固定頻率運(yùn)行,則會造成能量的浪費(fèi),最佳的礦井配風(fēng)模式即根據(jù)井下生產(chǎn)需風(fēng)量動態(tài)調(diào)整礦井總風(fēng)量。

2.2 分時變頻技術(shù)的理論基礎(chǔ)

《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(GB 14623—2006)6.4.3.1中規(guī)定:“當(dāng)井下無污染作業(yè)作業(yè)時,主扇可適當(dāng)減少風(fēng)量運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)井下完全無人作業(yè)時,允許暫時停止機(jī)械通風(fēng)”。即可以根據(jù)井下的生產(chǎn)組織安排自動調(diào)整主通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率達(dá)到調(diào)節(jié)礦井總風(fēng)量、節(jié)能降耗的目的。

根據(jù)流體力學(xué)理論可知,在只改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的條件下,風(fēng)機(jī)頻率n與風(fēng)壓P、風(fēng)量Q、功率N之間的關(guān)系為[7]

隨著頻率的降低,電機(jī)能耗和風(fēng)量降低變化趨勢如圖1所示。

針對金屬地下礦山通風(fēng)特點(diǎn),以通風(fēng)安全為前提,在一定范圍內(nèi)井下風(fēng)量越大越好。在盡量降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率的前提下實(shí)現(xiàn)礦井風(fēng)量減少量最小,根據(jù)圖1可知理論上風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率為29Hz時“降低能耗幅度”與“降低風(fēng)量幅度”的差值最大,即風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能效果最明顯,此時能耗降低80.49%,風(fēng)量僅降低42%。

圖1 主通風(fēng)機(jī)功率、風(fēng)量隨頻率變化曲線

3 主通風(fēng)機(jī)分時變頻控制技術(shù)在會寶嶺鐵礦的應(yīng)用

會寶嶺鐵礦通風(fēng)方式為對角抽出式,副井、進(jìn)風(fēng)井、斜坡道進(jìn)風(fēng),東、西回風(fēng)井回風(fēng),主井輔助回風(fēng)。地面東、西回風(fēng)井,分別安設(shè)了兩臺DK- 10- №28型對旋軸流式主通風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)功率為2×200kW,一臺運(yùn)轉(zhuǎn)一臺備用。

3.1 不同時段需風(fēng)量的計算

根據(jù)會寶嶺鐵礦井下生產(chǎn)組織安排,可以將全天的生產(chǎn)安排與需風(fēng)量的不同劃分為12個時間段,其對應(yīng)的礦井需風(fēng)量和需要的主通風(fēng)機(jī)頻率見表1。

表1 井下不同時間段需風(fēng)量及風(fēng)機(jī)頻率

3.2 分時變頻控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

會寶嶺鐵礦選用一套變頻裝置可直接拖動任一臺風(fēng)機(jī)(2×200kW)運(yùn)行的(一拖二)模式,可實(shí)現(xiàn)在變頻狀態(tài)下,一套高壓變頻器可在兩臺風(fēng)機(jī)之間切換,每臺風(fēng)機(jī)可在變頻運(yùn)行狀態(tài)與工頻運(yùn)行之間切換,變頻系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 主通風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)控制圖

同時在主通風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)中設(shè)計增加了一套可以分時段定時改變頻率運(yùn)行的程序。在原有系統(tǒng)上基于PLC設(shè)計一段程序,首先在上位機(jī)上設(shè)計輸入風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時間段畫面窗口,其次讀取西門子S7- 300 PLC的時間。利用RD_LOC_T(讀本地時間)模塊將讀取的當(dāng)前計算機(jī)PC本地日期時間保存在輸出OUT中。然后將時間拆為時和分,再利用比較邏輯指令對和上位機(jī)輸入的時和分分別進(jìn)行比對,完全匹配時段時則執(zhí)行變頻器的頻率增減動作。自動調(diào)頻界面如圖3所示。

根據(jù)12個時段頻率的變化,理論上可節(jié)約24.4%的電量。實(shí)際運(yùn)行過程中每月可節(jié)電13萬度,節(jié)電效果顯著。

圖3 主通風(fēng)機(jī)分時變頻調(diào)節(jié)界面

4 結(jié)論

(1)對主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造的同時,可基于PLC設(shè)計自動調(diào)整主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率的程序,實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)自動分時變頻。

(2)根據(jù)礦井生產(chǎn)組織情況將主通風(fēng)機(jī)變頻時段細(xì)化,在保證井下需風(fēng)量的前提下可提高主通風(fēng)機(jī)節(jié)能效果。

(3)地面主通風(fēng)機(jī)分時段變頻運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)集中式通風(fēng)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的動態(tài)管理,真正意義上達(dá)到了“按需配風(fēng)”,提高了風(fēng)量利用率,降低了風(fēng)機(jī)能耗,具有顯著的經(jīng)濟(jì)意義和社會意義。

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