陽煤七元公司臨時主扇變頻調速節能分析

賈永忠

（陽泉煤業集團七元煤業有限責任公司， 山西 晉中 045400）

引言

陽煤集團七元公司，位于山西省壽陽縣七里河村，建設年產能力500萬t/年。由于歷史原因和建設手續的諸多問題，建設進展緩慢。而根據礦井建設的實際情況，在投產前的建設期間，首先需要安裝一套臨時風機以實現井下負壓通風。七元礦根據自身實際情況，購買并安裝了一套額定功率為2×560 kW，額定電壓為10 kV的臨時風機，作為礦井建設期間礦井主要通風機[1]。

目前，七元公司礦井巷道掘進緩慢，為保證礦井井下所需風量需要，臨時主扇必須24 h正常工作。礦井掘進初期，井下巷道簡單，通風阻力相對較小。在冬季，風量大不僅浪費了風機電能，而且大量冷風造成了冬季井筒供暖困難，實際消耗熱能又急劇增加，損耗電力資源嚴重，所以提出對風機進行改造。

1 臨時主扇改造的原因及技術分析

1.1 臨時主扇的實際運行狀況

七元礦主通風機采用FBCDZ-8-№32型風機，配套防爆電動機型號：通風機用交流變頻防爆電動機，額定功率為2×560 kW，額定電壓為10 kV。

在建設初期由于開拓巷道短通風阻力小，而臨時主扇卻晝夜滿功率運行，不僅對電力資源是一種浪費，而且由于風量較大也勢必會造成開拓面塵土飛揚，影響工作面的工作安全，此時可調節風門來減少風量。由于一部分電能會消耗在風門阻力上，造成了電力資源的浪費。這就需要我們在選擇礦井臨時主扇時既能滿足通風阻力困難時期風量需求，又能在通風容易時期不造成電力資源的較大浪費。

1.2 風機風量調節技術分析

由渦輪機相似原理可知，主扇相應工況參數風量Q、風壓H、轉速n、軸功率N之間的關系式H/H'=（n/n'）2、Q/Q'=n/n'、N/N'=（n/n'）3可知，壓力、流量和功率隨著轉速n變化而變化，并按轉速比的一次方，二次方和三次方而變化，由此表明：風量Q下降到80%，轉速n也下降到80%，則功率N降到51%；風量Q下降到50%，轉速n也下降到50%，則功率N下降到13%[2]。

1.3 變頻調速與其他調速比較

礦井臨時主扇改用變頻調速后，由變頻調速原理“主扇電源頻率下降→主扇轉速頻率下降→主扇風量下降”可知，通過變頻調速可以平穩使臨時主扇轉速下降到所需風量的轉速，滿足礦井開拓初期風量需求小的要求。這樣做既可達到工作生產的需要，又能有效節省電能。

與變頻調速相比，其他傳統調速方法基本都是將轉差能以電熱能形式消耗掉，比如轉子串電阻調速，液力耦合器調速等。由于變頻是通過改變定子輸入的頻率和電壓進行調速，其損耗主要本身器件（可控硅）電抗損耗。變頻器本身的器件損耗與電阻熱能損耗相比基本可以忽略不計。其次，變頻調速范圍也要比其他調速更寬。表1所示各種調速方式比較。

表1 調速方式比較

與此同時，根據負載的不同形式，變頻器可以優化功率因數到0.92以上甚至更高。例如，目前技術已經比較成熟的交-直-交變頻系統，它適用于各類電動機調速，并且功率因數保持在0.92以上，如果在這種系統中加裝諧波電路，功率因數在可調速范圍內可以提高到0.96以上。在節能方面，這是任何調速系統也做不到的[3]。

2 變頻調速系統的節能效益分析

2.1 七元公司臨時主扇運行能耗

目前，七元公司臨時主扇采用的交流防爆電動機額定功率為2×560 kW，額定電壓為10 kV。臨時主扇啟動時采用高壓軟起，啟動后運行在工頻50 Hz狀態下。臨時主扇采用調整葉片角度來調整風量大小，目前最小角度為20°，風量為130 m3/s，風壓為650 Pa，電流24 A，該工況運行效率最低，功率因素為0.4，根據公式P=1.732UIcosφ，得出實際輸入有功功率為173.2 kW。

2.2 主扇調速節能增效理論分析

煤礦生產需要主扇變化風量時，主扇必須及時調整風量以滿足井下生產需要。目前采用的交流防爆電動機主要是通過改變風機葉片角度來調節風量大小。

2.3 計算公式

通過上述分析，當轉速降到90%時，流量減少到90%，而軸功率卻下降到額定功率的72%；若流量需減少到80%，則轉速相應減少到80%，此時軸功率下降到額定功率的51%。

2.4 節能效益分析

調整風機葉片角度使其輸出效率最高時流量為250 m3/s，實際需要流量為131 m3/s，應用變頻器降速達到需要流量，根據公式Q1/Q2=（n1/n2），得出需要的頻率 n1=26.2 Hz，根據 P1/P2=（n1/n2）3，計算得出P1=24.92 kW，節 電 率 η=（P2-P1）/P2=（173.2-24.92）/173.2×100%=85.6%。

2.5 節約電費計算

年節電量=148.28×24×350=1 245 552 kW·h。

以地區峰谷平平均電價0.5元/kW·h計算，一年以350 d為標準計算，一臺風機年約節約電費為1 245 552×0.5=62.3萬元。

由此可見，公司現采用高壓軟啟動裝置每套費用約30萬元，但若使用變頻器每套費用約60～70萬元（國產），差價約30～40萬元。因此，采用變頻器運行方式，則一年之內即可節省出設備投資費用。

3 結論

陽煤七元公司臨時主扇采用變頻調速后全年節省電量1 245 552 kWh，節約電費約62.3萬元。在節省電費的同時電動機的運行電力電流也明顯下降，電機損耗減少，功率因數得到顯著提高，這些對節約能源效益是可觀的。

臨時主扇采用變頻調速除具有明顯節能降速效果外，還有其他間接效益：臨時主扇轉速降低，軸溫、噪音和振動等也隨之降低，大大改善了其工作環境；相比軟啟動來說，變頻調速對電網和相關機電設備的沖擊更小；臨時主扇損壞率下降，維護量減少，使用壽命延長。