礦山風機節能技術的應用與分析

丁 輝,賈 民,呂 亮

（銅川礦業有限公司金華山煤礦,陜西 銅川 727000）

1 選題的意義

風機是應用面最廣、應用量最大的通用性機械，也是煤礦生產中主要耗能設備。煤礦通風設備電耗占生產電耗的比例非常高，最高的甚至可達40%以上，對電能和資金的浪費非常大，加大了企業生產的成本，造成了資源的浪費。而且能源是國家非常重要的物資，能源的大量浪費已成為制約我國發展的因素之一，因此對風機進行節能改造，減少企業的成本，提高企業的經濟效益，避免資源的浪費是很有必要的。

2 風機應用中存在的問題

根據大量調查資料的數據表明，我國目前使用的風機的效率比較低下。在風機選擇上，通常把系統的風壓裕度及最大風量作為選型的標準，但風機的系列、型號有限的，在選取不到合適的型號時就往上靠，使裕度大于需要的20～30%。

而且我國各類機械與風機配套的電機占電機裝機量的一大半，但大多數風機在使用過程中都存在大馬拉小車的現象，而且許多地方仍通過人為增加阻力（通過調節檔板或出口風門的開度）的方式來控制風機的風壓和流量的，因此風機產生的風壓除了克服管道的阻力，還被風門和擋板額外增加的阻力所消耗，增大了管路系統的損失。這種落后的調節方式，造成了大量寶貴能源的浪費，而且這種方式調節精度差，不利于風機的節能運行，很難滿足現代工業生產等方面的要求。

3 風機中采取的主要節能措施

無論什么風機都要求在選型、配套方面力求合理。使風機的額定風量和工作壓力盡量符合生產工藝要求，這樣風機的使用率就經常保持在高效區。如果選型不適合，余量太大，將會造成運行效率低下，浪費能源。造成選型不當的原因是風機型號與規格與實際不符，配套電機的規格與風機功率差別比較大，降低了電機的負載率。

選取各種調速方式，減少節流損失。由于對管網阻力計算誤差，又擔心計算出的壓力和流量滿足不了施工需求，或著沒有適合規格的風機以及電機，只能從高、從大選擇，造成多數風機的額定流量遠遠高于工作流量，額定壓力遠遠高于工作壓力，因此使風機多使用節流運行的方式運轉。這種運轉方式至少浪費了20%以上的資源。因此要采用調速控制的方式是避免節流損失。

4 風機調速的基本方法

在使用中，企業會經常根據需要改變風機的流量或壓力，這種以變應變的人工干預稱作調節。因為企業的“變化”是絕對的、經常的，而風機的性能卻是相對的、暫時的。因此對現場人員調節是一個非常重要的技術要求。

風機調節的基本原理是通過改變風機本身的特性曲線，或外部管網特性曲線，或兩者同時改變之，以得到所需的工況。風量的具體方法可以分為兩大類，一是風機恒速的調節，另一個是風機調速的調節。

風機調速時的風量控制：變速調節是利用改變風機轉速的方法來改變風機風量的。對于同一部風機來說，風機的流量與轉速成正比，而產生的風壓和轉速的平方成正比，因此隨著風機轉速的改變，風機的風壓和流量也會隨著相應的改變，改變轉速調節是調節范圍最大，經濟性最佳的調節。

電機的調速方式是多樣的，但變頻調速是好的調速方案，它可以實現風機的無級調速，并可方便實現恒定風壓或恒定流量的選擇和控制。

在風量隨時間變化較大中，選用風機的調速的調速控制方式是節電的有效措施。在使用簡單而效率不高的調速方法時，初期投資小而且運行費用高；但是在選用復雜而效率高的調速方法時，則正好相反。從長期節能的觀點來看，應著眼于高效率的方式。選用合理的調速控制方法，其節電經濟效益補償初期可在1～3年內回收。

對風機進行調速屬于一種減少空氣動力的節電方法，它和傳統的調節風門控制風量方法相比較有著明顯的節電效果。

大量的理論和實踐告訴我們，對于大量要求調節流量的風機采用變頻調速控制是既能方便地滿足生產工藝要求，又能大量節約能源的最優方案。

5 電力電子變壓變頻的基本原理

變頻器主要完成兩項電量變換功能，一是改變對用電設備的供電頻率；二是改變對負載的供電電壓，實質是指變頻、調壓的原理與方法，其構成原理如圖所示。

圖1 交-直-交變頻器工作原理圖

工作原理如圖所示，輸入級對電網進行濾波，其目的是消除諧波及電網干擾，然后利用壓敏電阻旁路掉尖峰脈沖，防止燒毀后級變頻單元；在經過整流、濾波、逆變環節來實現輸出頻率及電壓的改變，最終實現調速目的。

6 結束語

調速控制的方法有很多種，無論是選擇哪種調速方案都應該從實際情況出發，具體分析，因地制宜，通過技術、經濟指標、使用維護等方案比較后做出決定。

在風機節能應用中，引進變頻調速的節能方法，能達到很好的節能效果，同時，變頻調速也能降低風機啟動時對電網系統的沖擊，延長風機各機械部件的使用壽命，提升系統的穩定性。另外，由于變頻器具有完善的各類保護作用，能對設備起到很好的保護作用，有效的降低了設備日常的維修成本。近幾年，隨著變頻調速技術的不斷推廣與應用，從實踐結果來看，得到了良好經濟效應與社會效應。因此智能型功率集成電路的新交流變頻傳動裝置是未來風機調速發展的方向。

[1]孫樹樸.電力電子技術[M].徐州:中國礦業大學出版社,2000.

[2]李鐵軍,朱成實,葉龍.變頻技術在風機節能中的應用[J].沈陽:沈陽化工學院機械工程學院,2008.