變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用分析

段麗芬

（曲靖市富源縣能源局綜合執法大隊，云南 富源 655500）

現階段，一部分小煤礦開采技術還較為傳統和落后，生產耗能較大，生產效率較低。變頻節能技術的發展和應用可以有效地降低能耗，因此，在各個行業得到了廣泛的認可。近年來，有越來越多的企業開始應用這項技術，變頻節能技術在國內尚屬空白階段，可上升空間比較大，具有很大的推廣應用價值。本文重點介紹了該技術在煤礦行業中的應用。可以提高煤礦的生產效率，實現節能性和安全性，明顯降低了煤礦的生產成本。

1 變頻節能技術的應用及原理

1．1 變頻節能技術

我國雖然在能源科技上取得了比較明顯的成效，但是和世界能源強國相比較，還有著明顯的不足，比如，在國外一些發達國家，早就研發出了煤炭的節能開采技術，早已經應用在了一些重點煤礦區域，在這些區域內完全可以做到無人化開采。在國外，變頻節能技術已經發展得非常成熟，基本能保證在2035年之前實現智能化地開采模式，而在我國，這項技術還有很大的發展提升空間。

1．2 變頻節能技術的應用

顧名思義，變頻器是一種特殊的控制裝置，不僅具有開關的功能，更重要的是，它可以轉換不同的電流頻率，這項技術是通過利用一些設備實現電流頻率的改變，這些裝置就是變頻設備，它不僅可以有效地調節整個馬達的速度，更重要的是，它可以通過開關功能調節頻率。變頻器使用功率半導體器件來打開和關閉功率頻率電源。

在煤礦生產中，如果將變頻節能技術合理地應用于煤礦機電設備，一方面，可以降低煤礦工業用電成本投資；另一方面，可以控制設備的廢棄物排放，減少對環境的污染，真正起到了節能減排的作用。

1．3 變頻節能技術原理

變頻節能技術的基本原理：在某一段時期內，一些設備所使用的交流電的頻率都是固定不變的，維持在一個平衡的狀態中，而變頻節能技術打破了這個平衡，使頻率可隨時發生變化，并且可隨著人們自己的意愿隨意調節，簡而言之，就是工頻電流的信號在整流器中變為直流電源，相關的原理如圖1所示。變頻器的結構比一般的設備更加復雜，組成部分也十分重要，涉及的元器部件種類繁多，變頻器會根據設備的實際情況，對電機的速度進行控制，可以達到節約能源的目的，其中，每個系數都代表著不同的意思，比如，PID控制，它主要控制著比例、積分、微分等相關系數，目標值進入電流中，輸出值返回到壓力變送器中，返回信號。

圖1 變頻節能技術的基礎原理圖

2 變頻節能技術的歷史背景

就目前而言，我國的能源資源結構比較單一，依舊以煤為主導地位，占能源資源總量的80%以上，正因為如此，對空氣的污染特別大，對環境的破壞更為嚴重，對人類產生的危害甚至無法預估。據研究者進行預測分析可以知道，我國尚有數值可觀的煤炭儲備量，以此推算，如果以年產50億噸原煤的速度，還可以供應至少100年。即使這樣，但優質的煤炭資源卻少之又少。而其中最為關鍵的是，我國是一個能源消耗大國，但是，能源的利用率特別低，在國際上甚至排名在倒數幾位。在我國，很多用煤的企業一直采用粗放的生產方式，多年來一直都沒有改變其生產經營方式，一些小煤礦的回收率還達不到10%，這將遠遠達不到預期的要求，將造成煤炭資源的極度浪費。據資料的不完全統計，1949～2019年，短短70年的時間內，全國煤炭資源浪費了多達500多億噸，如果按照這個速度進行下去，全國將會有更多的資源會被浪費，所以必須開發一些新的科學技術，確保煤炭資源不會白白地被浪費。

3 實際的應用案例

3．1 煤礦的整體情況

初步設計后，某煤礦的生產能力大約為每年90萬t/a，并根據實際生產能力可以將它劃分為中大型礦井。礦井的結構分別由主斜井、副斜井和回風立井組成。回風立井安裝2臺FBCDZ-10-No28B型對旋軸流式通風機，經初步的計算，最大的風量為Qmax=11200m3/min，風壓H=752～2843Pa，與此同時，額定的轉速n=580r/min。為了保證系統的正常運轉，在現場配備2臺風機，1臺正常使用，1臺備用，每臺風機配備2臺供電電壓10kV功率250kW的YBF560S1-10型防爆電機。原來設計風機的運行系統為工頻模式。

3．2 提出變頻調速節能

現在，礦井的生產正處于試運行階段，主通風機的額定風量遠超于井下的實際所需要的風量7284m3/min。在這種情況下，為了保證風機能夠處于正常運行的狀態，就需要及時調整風機的葉片角度、風門的轉向等，只有這樣，才能準確地保證風量的供需達到平衡的狀態。通風機一直處于均勻的速度運行。但是，從實際的生產情況來看，勻速的運行會帶來各種各樣的問題：（1）會造成電能的嚴重浪費，就我國的經濟發展來看，煤礦一直處于產業的初級階段，風量的需求不是特別大，但與此同時，主通風機的設計余量又特別大，如果長時間一直處于供求關系不平等的狀態，會造成能源極大的浪費，增加了企業的經濟負擔；（2）如果主通風機采用直接啟動的方式，就會造成啟動的時間特別長，進而導致電流瞬間變大，在這個時候，就會對電動機的線路造成嚴重破壞，甚至會燒毀整個電動機，一旦產生較大的電流，就會嚴重影響到整個電動機的使用壽命，更嚴重時還會危及工人的生命安全；（3）自動化程度降低，以前主通風機主要依靠人工進行調節，增加了人工的成本?，F在，傳統的調節方法已經很難滿足煤炭的生產需求，所以，需要使用變頻的調速技術，來提高風機的運轉速度，只有這樣，才能提高風機的運行效率。

3．3 變頻器應用效果

通過公式可以知道，主通風機的實際功率Q0=11200m3=186.7m3/s，變頻轉速Q0=11200m3=186.7m3/s，頻率由以上計算的結果可知，每年風機可以節省不少的電費，假如它可以明天運轉24小時，每年按照365天計算，，按照國家統一規定的電費價格0.7元/kWh計算，風機每年可以節省的電費大約在222.2萬元。由此可知，引入了變頻調速的裝置，可以明顯地節約成本。同時，由于礦井的服務年限長達23.7a，可以通過2a左右的時間收回變頻器的成本，極大地減輕了經濟負擔。

4 結語

綜上所述，變頻節能技術可以明顯地降低能源的消耗，提高設備的運行速度，保護機器設備的正常使用，提升煤礦的經濟效益，降低生產成本，節約人工成本、保護環境等。伴隨著社會的迅速發展，我國的各項技術正處于一個高速發展的時期，隨著對它的研究越來越深入，研發部門投入了更多的資金，派出高端人才到國外深造，以及我國各級政府的大力配合，我國的各項科學技術一定會取得高質量的發展。