煤礦帶式輸煤系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)探討

郝弘毅+白燕清

摘 要：文章針對(duì)目前煤炭企業(yè)皮帶輸煤系統(tǒng)中經(jīng)常處于“大馬拉小車(chē)”的狀態(tài)，存在電能浪費(fèi)的問(wèn)題，提出相應(yīng)的策略，已達(dá)到節(jié)約電能、增收的目的。

關(guān)鍵詞：視頻節(jié)能；自動(dòng)化控制；變頻器；節(jié)能環(huán)保

中圖分類(lèi)號(hào)：TD528 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）02-0042-02

Abstract： In view of the problem that the coal belt conveyance system of coal enterprises is often in the state of "pulling small cars"， the paper puts forward the corresponding strategy， which has achieved the purpose of saving electric energy and increasing revenue.

Keywords： video energy saving； automatic control； frequency converter； energy saving and environmental protection

引言

在煤炭行業(yè)，帶式輸送機(jī)已經(jīng)成為主要的生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備。為了滿(mǎn)足企業(yè)的生產(chǎn)需要和擴(kuò)大規(guī)模等問(wèn)題，帶式輸送機(jī)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇上都會(huì)留有較大的冗余度。由于煤礦開(kāi)采的不均衡性，輸送機(jī)的運(yùn)量不能保持穩(wěn)定，導(dǎo)致帶式輸送機(jī)運(yùn)量不足，經(jīng)常處于“大馬拉小車(chē)”的狀態(tài)。帶式輸送機(jī)一般都是以固定速度運(yùn)行，所以帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)做功效率就會(huì)降低，耗費(fèi)大量電能，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。降低帶式輸送機(jī)的生產(chǎn)電耗已經(jīng)成為企業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題，引起了許多工程技術(shù)人員的關(guān)注。

本文根據(jù)煤礦企業(yè)煤炭生產(chǎn)的實(shí)際情況，探討帶式輸送機(jī)電氣節(jié)能的方法。通過(guò)對(duì)帶式輸送機(jī)煤流量的分析，結(jié)合變頻器的起動(dòng)曲線(xiàn)和功率平衡控制方法。論文重點(diǎn)在于通過(guò)對(duì)帶式輸送機(jī)煤流量的分析，研究了帶速與運(yùn)量的合理匹配對(duì)帶式輸送機(jī)的節(jié)能效果，根據(jù)不同的運(yùn)量選擇合理的帶速，本文采用了視頻控制變頻調(diào)速技術(shù)的控制策略。最后用理論計(jì)算的方法驗(yàn)證了節(jié)能效果，帶式輸送機(jī)電氣節(jié)能技術(shù)前景廣闊。

1 現(xiàn)狀分析

帶式輸送機(jī)是煤礦的主要運(yùn)輸設(shè)備，由于開(kāi)采條件和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的特殊性，無(wú)法保持帶式輸送機(jī)運(yùn)煤量均勻，導(dǎo)致系統(tǒng)或單臺(tái)帶式輸送機(jī)在負(fù)載較輕或無(wú)負(fù)載的狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，不僅造成額定（或設(shè)定）轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的電能浪費(fèi)，而且也使帶式輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動(dòng)部件、膠帶形成無(wú)效磨損，同時(shí)縮短了設(shè)備使用壽命。

根據(jù)運(yùn)輸環(huán)節(jié)條件和運(yùn)輸量，雖定期進(jìn)行了人工設(shè)定調(diào)速，但節(jié)能效果尚不明顯。近年多家科研院所對(duì)帶式輸送機(jī)節(jié)能進(jìn)行了大量的研究，利用給煤機(jī)定量、電子稱(chēng)稱(chēng)重、紅外線(xiàn)等方式檢測(cè)運(yùn)輸量，并通過(guò)變頻設(shè)備控制帶速實(shí)現(xiàn)節(jié)能， 但目前尚無(wú)有效、可靠的方案達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)運(yùn)輸量變化、運(yùn)輸量分布，并利用變頻設(shè)備真正實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)帶速的目的。另外，運(yùn)輸帶式輸送機(jī)的開(kāi)啟需要從末位皮帶依次啟動(dòng)，當(dāng)整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的皮帶整個(gè)啟動(dòng)完成時(shí)，需要很長(zhǎng)一段時(shí)間，在啟動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，先啟動(dòng)的皮帶一直處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)中，并且各個(gè)皮帶的啟動(dòng)都需要安排工作人員進(jìn)行。這種啟動(dòng)方式因?yàn)槠Э辙D(zhuǎn)導(dǎo)致電能的浪費(fèi)，同時(shí)加大了人力成本。

我們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)觀察，總結(jié)出以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）操作員不對(duì)皮帶進(jìn)行手動(dòng)調(diào)速；（2）傳統(tǒng)逆煤流啟車(chē)，順煤流停車(chē)，也同樣造成了能源的浪費(fèi)；（3）集控系統(tǒng)不能自動(dòng)根據(jù)煤量，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；（4）監(jiān)測(cè)傳感器的精度低，安裝位置的不合理性；（5）電耗占比超過(guò)30%；（6）設(shè)計(jì)冗余量過(guò)高大馬拉小車(chē)；（7）變頻調(diào)速設(shè)備普及率不高；（8）已有變頻受檢測(cè)手段制約；（9）高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)加大皮帶磨損及輔助耗材的損耗。

2 核心思想

“視頻分析+工業(yè)控制”做到“預(yù)先報(bào)警與現(xiàn)場(chǎng)控制相結(jié)合、及時(shí)處置與事后查證相結(jié)合”，利用“傳感設(shè)備、智能分析設(shè)備、控制設(shè)備”形成一個(gè)智能化、多功能、全天候的動(dòng)態(tài)綜合節(jié)能安全管理平臺(tái)。

3 智能視頻變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖

4 目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

（1）對(duì)采用變頻器驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)和可調(diào)速的系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的改造實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的速度自動(dòng)調(diào)節(jié)，與煤流量形成閉環(huán)調(diào)節(jié)；（2）控制流程工藝結(jié)合現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)方式，建立數(shù)據(jù)控制模型，以降低系統(tǒng)能耗；（3）各個(gè)控制站規(guī)劃到統(tǒng)一的控制網(wǎng)絡(luò)中；（4）增加相應(yīng)傳感器，以提高系統(tǒng)整體控制精度，進(jìn)一步節(jié)約能耗；（5）可視化實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守是用傳感器代替人員完成對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)管；（6）傳統(tǒng)工藝下的故障排查有專(zhuān)人負(fù)責(zé)，即使這樣，故障發(fā)生時(shí)，也需要一級(jí)一級(jí)的查找，通過(guò)故障指向的改造，可以在故障發(fā)生時(shí)，準(zhǔn)確的將故障點(diǎn)提供給檢修人員；（7）傳統(tǒng)的設(shè)備管理由人員記錄，定期維護(hù)，這樣就造成不必要的停機(jī)時(shí)間，設(shè)備壽命管理則可以代替人員，對(duì)設(shè)備監(jiān)理管理檔案，可提前計(jì)劃，提前報(bào)警；（8）制定相應(yīng)的管理制度，使設(shè)備物盡其用，以減少浪費(fèi)。

智能視頻分析系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)關(guān)量點(diǎn)、模擬量點(diǎn)接入控制系統(tǒng)，作為皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)啟停及延時(shí)啟停的必要條件。

5 智能視頻分析系統(tǒng)

采用智能視頻技術(shù)，充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和邏輯控制技術(shù)，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)采集、加工集成應(yīng)用，提高企業(yè)資源和資金的利用效率，降低成本和費(fèi)用，是當(dāng)今企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的一大方向。我們積極研發(fā)“煤礦安全生產(chǎn)視頻智能系統(tǒng)”，完成了斜井皮帶運(yùn)輸在線(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)、帶式輸送機(jī)視頻分析控制系統(tǒng)，以及結(jié)合綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主要生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的安全生產(chǎn)視頻監(jiān)視和控制，并實(shí)現(xiàn)對(duì)安全生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能可視化管理。

在實(shí)現(xiàn)異物出現(xiàn)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶機(jī)尾是否有煤進(jìn)行檢測(cè)報(bào)警。

6 實(shí)現(xiàn)的方法endprint

在上游皮帶運(yùn)輸機(jī)安裝攝像機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤流量的變化。通過(guò)算法根據(jù)設(shè)定的規(guī)則檢測(cè)設(shè)備發(fā)出信號(hào)給PLC控制主機(jī)，利用變頻器實(shí)時(shí)控制下游皮帶運(yùn)輸機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行調(diào)速。

算法中設(shè)定的規(guī)則可對(duì)各種工況的皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行調(diào)速。如水煤混合、矸石混合、皮帶運(yùn)輸機(jī)角度傾斜等。

在視頻中設(shè)定一個(gè)檢測(cè)區(qū)域，上游皮帶運(yùn)輸機(jī)煤流經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)域流量發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)設(shè)定的規(guī)則檢測(cè)設(shè)備發(fā)出信號(hào)給PLC控制主機(jī)，利用變頻設(shè)備控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)下游膠帶運(yùn)輸機(jī)高、中、低、怠速四擋自動(dòng)切換，達(dá)到調(diào)速節(jié)電的目的。同時(shí)檢測(cè)皮帶是否來(lái)料的狀態(tài)，啟停皮帶。

7 系統(tǒng)在線(xiàn)設(shè)備故障自檢

通過(guò)監(jiān)控主機(jī)對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的所有前端設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)任何一個(gè)部位的前端設(shè)備發(fā)生異常或出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)測(cè)控制設(shè)備及時(shí)的調(diào)轉(zhuǎn)到皮帶正常運(yùn)行狀態(tài)，暫時(shí)性的隔離出調(diào)速系統(tǒng)，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音箱以語(yǔ)音的方式報(bào)警給現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員并同步上傳至地面主機(jī)，提醒工作人員處理故障，當(dāng)故障處理完成，系統(tǒng)即可恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

8 安裝系統(tǒng)后的節(jié)能效果

某煤礦共安設(shè)了10部主運(yùn)輸膠帶機(jī)，長(zhǎng)達(dá)13000米。總安裝負(fù)荷為31060kW，運(yùn)行負(fù)荷為21490kW，約占礦總負(fù)荷的36%左右。采取CST驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)3部，變頻驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)7部。

2015年12月測(cè)試前，該皮帶每日耗電22400度，以平均電價(jià)0.56元每度計(jì)算每日電費(fèi)12，544元。

2016年5月，單條皮帶綜合節(jié)電率 17.8%，每天可節(jié)電3987度，節(jié)省電費(fèi)2，233元。

（1）安裝系統(tǒng)后間接經(jīng)濟(jì)效益。10部主運(yùn)輸膠帶機(jī)托輥總數(shù)35941個(gè)，單價(jià)238元/個(gè)，托輥延長(zhǎng)壽命比為30%，高低速時(shí)間節(jié)能比18%。

每年托輥節(jié)省費(fèi)用=35941*0.0238*0.3*0.18=46.19萬(wàn)元。

煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)全線(xiàn)11777米，永久固定運(yùn)輸線(xiàn)6650米。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，膠帶使用壽命為7年，智能調(diào)速改造后膠帶減少運(yùn)轉(zhuǎn)周期，可延長(zhǎng)使用壽命2年。ST4000鋼絲繩芯膠帶1000元/米。

節(jié)省膠帶經(jīng)濟(jì)效益=6650*2*0.1÷7*2=380萬(wàn)元。

（2）減人提效145萬(wàn)元。運(yùn)輸一隊(duì)現(xiàn)3個(gè)生產(chǎn)班，實(shí)現(xiàn)集控自動(dòng)化后每班可減少6個(gè)崗位工人，每個(gè)工人工資福利200元/天，每月24天出勤，人員配比1.4。

減人提效經(jīng)濟(jì)效益=3*6*0.02*24*12*1.4=145萬(wàn)元。

（3）社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。截至2016年底，據(jù)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)通報(bào)，全國(guó)煤礦數(shù)量1.08萬(wàn)處，其中年產(chǎn)120萬(wàn)噸以上大型煤礦1050處，如全國(guó)推廣一年可減排標(biāo)準(zhǔn)煤1607萬(wàn)噸、二氧化碳1420萬(wàn)噸、二氧化硫71.76萬(wàn)噸、氮氧化物51.53萬(wàn)噸。

9 推廣前景

實(shí)現(xiàn)主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化、集約化、高效節(jié)能的目標(biāo)，提高礦井的安全生產(chǎn)管理水平。

變?cè)O(shè)備故障事后處理為超前預(yù)控，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少了事故發(fā)生的可能性。

杜絕人為誤操作帶來(lái)的安全傷害，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

為帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化運(yùn)行開(kāi)辟了新思路響應(yīng)了國(guó)家的節(jié)能降耗、綠色生產(chǎn)的號(hào)召，推廣應(yīng)用后效益可觀。

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