节能技术在煤矿中的应用及发展趋势.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ★节能与环保 ★ 节能技术在煤矿中的应用及发展趋势 王海军 神华集团神东煤炭有限责任公司,陕西省神木县, 719315 摘 要 针对煤矿变速运行设备和常速运行设备提升机、乳化液泵站、空气压缩机、 输送机 , 阐述了节能技术在这些设备上的应用现状及发展趋势,提出了亟待解决的关键技 术问题负载特性研究、节能控制模型、控制组网技术、电网谐波、技术规范等 , 期望通 过煤矿设备节能技术的研发及其推广应用提高行业节能效果。 关键词 提升机 输送机 空气压缩机 液化泵 常速运行 变速运行 节能技术 中图分类号 TD609 文献标识码 A Energy conservation technology application and development trends in coal mines Wang Haijun Shendong Coal Industry Co Ltd , Shenmu , Shaanxi province 719315 , China Abstract In view of variable speed equipment and constant speed equipment e1g1hoists , e2 mulsion pump stations , air compressors and conveyors , etc1 used in coal mines , this paper elab2 orates on the status - quo of application of energy conservation technology on these equipment and its future trends1Besides , the paper also points out the key technical problems calling for imme2 diate solutions1These include study on load characteristics , energy saving models , power grid harmonic waves and relevant technical norms1It is hoped that R 有长运距大功率输送设备;提供液压、喷雾、 洒水的泵站类设备。这些设备的特点是装机功率 大、数量多、长时运行、负载变化大,多在容量富 裕下工作,用电效率低;工况调节有的采用电阻耗 能,有的采用溢流调节,有的采用闸门节流,不能 区分工况长时运行,不能依负载进行有效调节运 行,造成电能的大量浪费,使整体行业能耗过大, 能源浪费严重。 这些设备按照当前的运行情况可分为两类一 类为变速运行设备,如提升机;另一类为常速运行 设备,如刮板输送机、转载机、破碎机、给煤机、 带式输送机、泵站类、空气压缩机等。 世界各国为了解决煤矿机电设备的起动、运 行、节能,进行了多方面的研究,主要技术特点表 现为1采用变频调速技术服务于变速运行设 备;2采用调压、调频技术服务于常速运行设 备,解决起动问题; 3应用自动化和数字化控制 技术; 4集中控制、网络通讯、信息化处理技术 也成为矿井设备控制、节能的重要应用; 5应用 先进设备是实现节能的重要依托。 901 节能技术在煤矿中的应用及发展趋势 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2 节能技术在煤矿设备上的应用现状分析 211 在提升机设备上应用 在我国现有各类矿井中,有90 的提升机采 用交流绕线式异步电动机拖动方式,在采用直流电 动机拖动方式中,一种为直流发电机2直流电动机 机组,另一种为晶闸管2直流电动机系统。提升系 统的控制大多仍采用串接电阻耗能调速方式;除可 控硅控制的直流调速具有节能功能外,其他采用串 接电阻耗能调速方式的电能浪费相当严重,调速不 稳定,自动化控制程度低。 国内围绕矿井提升设备的控制技术,先后研制 出直流拖动调速、小功率低压变频调速的提升机控 制系统。研制了斜井提升双变频、双控制、双保护 的变频提升机控制系统,主要表现为调速技术、自 动化控制、安全保护、网络通讯、监视技术的不断 升级。但仅限于低电压提升机的应用,高压6 kV、 10 kV国产设备基本属于空白。 212 在泵站、空气压缩机上的应用 煤矿使用大量的乳化液泵站、喷雾泵站和空气 压缩机,这些设备工作特点为长时运行,现采用 卸载阀溢流,节流调节,现阶段仍为常速运行设 备,电能浪费严重。控制目标是希望实现恒功率 调速控制,低压力时大流量,高压力时小流量,成 为变速运行设备,实现节能控制。 针对这些设备的运行和控制要求,国内先后研 制了用于乳化液泵站的变频控制装置,采用压力 或 者 流 量反 馈 实 现 调 速 控 制,工 作 电 压 1140 V ,控制电机功率达315 kW ,已在井下进行 工业性试验,节电达40 ,对解决泵站类设备的 节能,减少系统冲击效果明显,但距大面积推广应 用还相差甚远。 213 在输送设备上的应用 煤炭从工作面的开采落煤至选煤厂的洗精煤、 装仓过程要经过5～20 km的运输路程,运输设备 台数多、运距长,每天工作时间在18～20 h ,连 续运转,工作负荷从空载至满过载随机变化, 空载运行时间占10 ～20 。大多采用液力偶合 器、双速电机等,当前的输送设备属于离散负载常 速运行设备。 近年来,国内已经致力于交流调压、调频起动 技术、变频调速起动技术在煤矿带式输送机、刮板 机、转载机、破碎机、给煤机等输送设备上的应 用,太原惠特科技有限公司的调压调频软起动器具 有在起动时依负载特性确定起动时间,并具有减少 机械冲击、减少电网冲击和一定的节能效果,基本 上解决了煤矿输送设备的起动问题。但变频调速技 术在井下应用于带式输送机,处于旁路运行,只是 解决了起动问题,仍未达到在线依负载的变化而调 速节能运行。实现变频调速问题很多,目前正处于 研究与试用阶段,真正实现在线依负载变化进行调 速和集中控制还需要一个艰难的过程。 3 节能技术在煤矿设备上的发展趋势 311 在提升设备上的技术发展 变速运行的矿井提升设备的节能控制装备与技 术一直是国内外井工开采节能的重点关注环节,其 发展趋势主要表现为装备的大型化,调速节能控 制,自动化控制技术的应用。 目前,国外的矿井提升机单台功率已达10000 kW ,工作电压至10 kV ,这些顶级的提升装备大 多服务于新建大型矿井,而原有的老矿井大多仍使 用660～6000 V、200～1000 kW的装备。国内新 建矿井提升设备大多装机功率跟随世界发展趋势, 但目前国内现有90 的提升机单台装机功率为200 ～1000 kW ,电压380～6000 V。 在调速节能控制方面,国外新建矿井大型设备 凡在地面进行控制的装备一般采用高压6 kV或10 kV的变频调速技术,按给定速度图进行速度控 制,制动时电能回馈电网的节能控制。国内提升制 备的控制技术发展趋势也必然是随工况进行调速控 制,这是最好的节能技术发展方向。 312 在泵站、空气压缩机设备上的发展 对于矿井泵站设备的节能控制,主要是实现恒 功率控制,达到在高压力下小流量,在低压力下大 流量的控制目标,通过负载侧压力或流量的反馈, 对泵站转速进行调节。应能做到在无流量时以维持 压力为控制目标,在低压大流量需求时,提速运 行,以满足流量需求为目标,则可实现节能调速控 制效果。水泵和空气压缩机采用变频调速控制技术 是其主要的节能技术发展趋势。 313 在输送设备上的发展 本世纪以来,随着大功率电力电子技术的发 展,煤矿输送设备的拖动系统逐渐从液力偶合器、 液粘传动向交流调压、调频调速控制技术方向发 展,提高了输送设备的使用寿命和系统的可靠性, 011 中国煤炭第35卷第12期2009年12月 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 输送设备控制系统自动化程度日益提高,新技术的 使用使企业获得了良好的经济效益。国外正在进行 超声波、红外线、电子秤等负载检测方式,研究依 负载变化而调速运行的节能控制技术,实现节能的 目的。对于常速运行设备发展软起动技术是其重要 的趋势;实现依负载变化进行在线调速运行是今后 节能研发方向。这些技术的应用不仅可节约电能, 而且可减少磨损、提高设备的使用寿命。 4 急待解决的技术问题 1煤矿主要设备负载特性的研究。研究煤矿机 电设备的负载特性需要解决的技术问题有设备在空 载、重载下的起动特性;常规负载、轻载、空载的运 行特性;间隙负载、过负载的运行特性;停止过程的 负载特性;发电状态下的负载特性。建立不同设备依 负载特性的控制目标,实现对不同设备依据起动、运 行、空载、停止时的负载特性的节能控制。 2建立节能控制模型、研究不同的控制策 略。为煤矿设备构建正常负载、空载、轻载下起动 控制模型;间隙负载运行控制的模型;过负载、发 电状态的控制模型;停车过程控制模型;开发研究 相应的控制策略;建立各状态下过渡过程的控制模 型;研究不同的控制策略,从控制方法上解决设备 依负载进行节能控制。 3开展显示、通讯、故障诊断、控制组网技 术开发与研究。按设备的运行特点、负载特性、过 程控制等要求开发节能控制技术;开发研究自诊断 技术;依自动化控制的要求,开发研究显示、通讯 技术,达到组网、控制、显示、通讯的目的。 4电网谐波的治理。随着高压大功率调速控 制技术的使用,大量功率器件进入电网工作,谐波 对电网的干扰越来越严重,谐波抑制与治理必须解 决,否则将制约煤矿节能技术的推广应用。 5建立相应的技术规范。为煤矿设备节能控 制装备建立技术标准。 5 结论 1煤矿主要设备装机功率大,负载变化大, 电能消耗很大,目前的电能浪费相当严重,是煤炭 行业节能技术的共性和普通性技术问题。 2对于变速运行设备,应对低电压、小功率 的调速控制节能技术加快推广应用,以推进煤炭行 业节能技术的进步,又可减少磨损消耗,提高设备 的使用寿命。 3对于常速运行设备,重点在于解决难起 动、机械冲击、电气冲击等问题,推广应用调压、 调频软起动技术。 4根据不同的控制对象,解决关键技术问 题,实现依负载变化情况在线调速是未来的研发重 点;制定相应的节能调速控制的技术规范和标准, 是推广应用节能技术与装备的技术保障。 参考文献 [1]杨树勇1 矿井主提升机高压变频调速装置研制和应用 [J ]1 煤炭科学技术, 2007 4 [2]牛津玉,李春荣 1 调频调压软起动器在综采刮板输送 机上的应用[J ]1 中国煤炭, 2005 9 作者简介王海军1975 - ,男,山东安丘人, 1998 年西安科技大学工业自动化专业毕业,现在神东煤炭有限 责任公司机电管理部工作,主要从事机电管理工作。 责任编辑 张毅玲 上接第108页 大幅降低了生产成本。同时, 矸石不升井,减少了地面矸石占地,防止在地面堆 积造成环境污染,保护自然环境。因此,济三矿绿 色生态开采的技术实践值得其它矿区借鉴。 参考文献 [1]钱鸣高,宋振骐,钟亚平,王虹桥1 矿区绿色开采技 术[M]1 中国矿业大学出版社, 2008 [2]屠世浩,陈宜先1 探讨绿色开采技术 保护矿区生态环 境[J ]1 能源环境保护, 2003 4 [3]孙希奎,李学华1 利用矸石充填置换开采条带煤柱的 新技术[J ]1 煤炭学报, 2008 3 [4]纪茂峰,井下巷道矸石充填设备的研制与应用[J ]1 煤矿机电, 2006 5 [5]钱鸣高,许家林,缪缪兴1 煤矿绿色开采技术[J ]1 中国矿业大学学报, 2003 4 [6]刘宝月,孙树臣1 济三煤矿开采技术创新与实践[M] 12005全国矿山建设学术会议文集下册 作者简介杨福禹1978 - , 山东菏泽人,男,工 程师。2000年毕业于河北建筑科技学院采矿工程系。毕业 以来一直从事煤炭生产技术管理工作,在国内学术期刊发 表论文多篇,并多次荣获省市级科技进步奖。 责任编辑 康淑云 111 节能技术在煤矿中的应用及发展趋势