煤矿的整体节能解决方案

煤矿的整体节能解决方案

一、概述

煤矿企业既是产能大户，又是耗能大户。“节能降耗”已成为我国的基本国策，许多煤矿企业都非常重视高耗能用电设备的节能技改工作。

煤矿的用电设备主要分为井上部分和井下部分，井下用电设备大部分非连续性运转，并且要考虑到防爆问题，所以井下用电设备不作为节能工作的重点。

用电设备又可分为厂区和生活区两部分。

关于厂区节能主要针对以下设备：

1、主扇风机变频节电改造；

2、压风机(煤矿上空压机也称为压风机)恒压供气变频改造；

3、井下排水泵节电改造(有的涉及安全)；

4、提升机变频节电改造。

关于生活区节能主要针对以下设备：

1、生活用水恒压供水节电改造；

2、燃煤锅炉鼓、引风变频改造（以及其他国家重点推荐的燃煤锅炉节能技术改造技术）；

3、厂区路灯照明节电系统。

二、厂区节能解决方案介绍

（一）主扇风机变频节电改造

1、存在问题

主扇风机相当于矿井的肺，井下的通风对于井下的生产和安全起着极其重要的作用。由于煤矿随着开采的不断深入，主扇风机所需风量将越来越大。为了保证系统能够保证较长时间的正常使用，主扇风机的选型余量较大。在风机运转恒

定的情况下，采取控制扇叶角度的措施来控制风量。矿井夏天潮气重温度高，所以要求的风量大；冬天井外气温较低，通风量满足最低的排量即可。但是扇叶按照最大通风量再有一定余量确定后，基本上不再调整，风机始终工作在同样的状态下，不能根据实际所需风量调整运行情况，这样大量电能白白浪费。

2、解决措施

主扇风机一般配备2台对流风机，我们采用一套变频节能系统，由一台节能柜控制两台电机，根据生产的具体情况手动调节扇风机的风量大小。采用调频调速控制电机，电机所消耗功率同下降频率成立方关系。在速度降低很少的情况，电机电能大幅度下降。这样既能随时满足生产的风量要求，又能最大限度地节约电能。

3、技术效果

1)采用变频节能技术，根据实际需要，任意调节风机的风量。

2)节电率约30%，节电效果显著。

3)实现了电机的软启动，延长了电机和风机的使用寿命，避免了对电网的冲击。

4)电机将在低于额定转速的状态下运行，降低了设备的故障率，减少了噪声对环境的影响。

5)具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能；具有电源指示、运行指示、频率显示等功能。

6)操作简单，具有电气联锁、变频联锁、故障联锁等保护功能，实现了风机的自动保护。

7）预留通讯接口，可以与原系统或后期系统联系。

（二）压风机恒压供气变频改造

1、存在问题

煤矿的压风机为井下设备提供动力源，对于煤矿生产起着重要作用。由于井

下用气量是变化的，压风机选型是按照最大用气量加一定余量选取，所以绝大部分时间压风机提供的压缩空气量大于实际所需用量。压风机采用加泄载的方式进行调节。我们知道，加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来回变化。造成以下三个问题：

A、压缩空气压力超过Pmin所消耗的能量：

在压力达到Pmin后，原控制方式决定其压力会继续上升(直到Pmax)。这一过程中必将会向外界释放更多的热量，从而导致能量损失。另一方面，高于Pmin 的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压至接近Pmin。这一过程同样是一个耗能过程。

B、卸载时调节方法不合理所消耗的能量：

通常情况下，当压力达到Pmax时，压风机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。

C、其它不足之处：

靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。

2、改造措施

针对原有供气控制方式存在的诸多问题，经过上述对比分析，

应用变频调速技术进行恒压供气控制。采用这一方案时，我们可以把管网压力作为控制对象，压力变送器YB将储气罐的压力P转变为电信号送给PID智能调节器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空压机电机

从静止到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给压风机带来的机械冲击。

由于用气量的不断变化，气罐里的压力也会变化频繁。采用变频调速系统用调整电机转速的方法来调整压缩机的供气量。使气罐的气压始终保持在理想的状态下，由于压风机基本上属于恒转矩负载，用变频调速的方法调整供气量能使电机的输出功率基本与转速（供气量）成正比关系，达到很好的节电效果。由于压风机在启动时，部有少量的滞留气压，启动和加减速运行时要求变频器反应快速，因此，调节方式采用闭环自动调节，控制系统根据压力传感器检测到空压机出口的压力信号值，经过A/D模拟数字转换单元的信号转换后，通过可编程控制器（PLC）和变频器调整压缩机电机的转速，保证电机以最小的功率输出。

3、效果分析及系统功能

1) 节电效果明显，节电率平均可达25%以上。

2) 大幅度地降低噪音，减少公害，保护环境。

3) 实现软启动，软停止，没有电流和机械冲击。

4) 减少磨损，降低电流，延长电机、压风机等设备寿命。

5)根据生产的实际情况，以满足设备要求的最低压力值输出，可以降低输气管道的损耗，同时在满足设备要求的条件下，可以降低用气量，这样大大的节约了电能。

6) 设备的自动化程度提高，进行恒压供气，用气设备稳定工作，提高了生产工艺，提高了产品质量。

7)控制系统的本柜-原控制柜切换功能可以使变频控制系统发生故障时将机组切换到原控制系统工作，以确保机组可以正常工作。

（三）井下排水泵节电改造

1、存在问题

井下配备多台大功率水泵，是很多煤矿的耗电大户，用电量约占到矿区总用