变频调速技术在矿井主扇风机中的应用

国产高压变频器在煤矿主扇风机中的应用

1 引言

我国煤矿开采仅在2005年即耗能5086.81×104t标准煤,耗电376.04×108kw·h,分别占全国总耗能量和总耗电量3.86%和3.49%,所以,煤炭工业堪称我国第一能源工业,既是产能大户,又是耗能大户,同时也是节能潜力大户。煤矿用的排水泵和通风机的耗电量即占生产电耗44%左右,约为40×108～50×108kw·h，其中排水耗电量占生产电耗的20%～30%，约为25×108 ～30×108kw·h；通风机耗电量占生产电耗的15%～25%，约20×108kw·h左右。为此，采用变频调速技术可大幅度地降低电耗，节电率平均按30%计，年节电潜力至少为10×108～15×108kw·h。所以，利用变频技术对现有用电设备进行节能改造，是解决我国煤炭工业高消耗、低效益的根本措施。

2 工况简介

乌兰矿位于贺兰山中段，隶属于宁夏煤业集团有限责任公司。1965年由西安煤矿设计院设计，矿井年设计能力90万吨，采用对角式通风系统。1966年开工兴建。1975年6月30日建成产。乌兰矿井田走向长5km，倾斜宽8km，总面积16.15km2，井田划分为五个采区和一个备用区，井田内含薄、中、厚煤层22个，其中可采和局部可采煤层17层，可采储量1.36亿吨。

2006年延深工程和矿井改扩建完成后，乌兰煤矿的原煤产量将达到240万吨。煤矿开采遵循以风定产的要求，有多大的风量就允许有多大的开采量，风量随煤的产量的增加而增加。在采煤作业中瓦斯随着煤的开采不断地涌出，涌出瓦斯与煤的开采量呈正比，而保障每个煤矿工人正常工作所需的新鲜空气也与煤的开采量呈正比。因此为了煤矿生产安全、完成生产任务，所需风量、风压随着开采和掘进的不断延伸，巷道延长，及开采量的增加而增加，风机需用功率也随之增加。 乌兰矿原来的南翼风机随着掘进的深入，已经不能满足生产需要，故对南翼通风进行了改造，撤除了原南翼主扇，增设南二主扇，大幅度提高了南翼主扇的通风能力。

科技信息　工程技术　

高压变频调速器在矿并主扇巾昀应用　

同煤集团物资采购分公司　陶少颖　

［摘要］本文主要介绍了高压变频调速器在煤矿主扇风机中的应用。通过对高压电机各种调速方式比较，得出高压变频调速器在　

矿井主扇中的应用是可行且非常实用、经济。　

［关键词］高压　变频调速节能　

节能降耗已成为我国的一项基本国策，煤矿企业既是产能大户，也　

是耗能大户，在节能减排的大政策背景下，煤矿生产企业都应非常重视　高耗用电设备的节能技改工作。通风主扇作为煤矿安全生产的关键设　

备，设备功率大，２４小时不间断运转，其电耗量较大，平均电耗约占矿井　电耗的１５％，加之煤矿特殊的安全生产要求，该设备有很大的节能空　

间，对企业降低生产成本也有着非常重要的意义。　

一、现煤矿普通通风主扇的运行特点　

矿井通风机及其传动电机，通常在矿井设计阶段选定，其通风量主　要由矿井的瓦斯涌出量、井下作业人员数量、通风巷道阻力等因素决定　的，通风机满速运行时的特征曲线与矿井通风网络特征曲线的交点，确　

定通风机的自然运行工况点，其主要原因是：　

１、预测的矿井瓦斯涌出量往往大于实际的瓦斯涌出量。　２、预计的矿井通风网络阻力特性曲线与实际阻力特性曲线不尽相　

同。　３、矿井通风网络阻力曲线随采掘工作面的推移而变化。　

４、随着产量的增减，采煤方法及井下工人劳动生产率的变更，通风　

需求量亦可能发生变化。　５、在节假日及检修期间，井下人员数量及瓦斯涌出量均减少，因而　

实际需要的通风量亦可减少。　通风主扇的服务年限为十几年甚至几十年，为了安全起见，通风机　

和电动机的规格和容量都要有一定的余量，以适应通风网络阻力变化　和风量变化的要求。因此通风机的正常运行和经济运行都要求进行风　

量调节。　

二、通风主扇通风量的调节方法　通风机的风量调节，是通过改变通风机本身的特性曲线或改变外　

部管网特性来进行的。可分为风机恒速时的风量调节和风机变速时的　风量调节。　

１、对轴流式风机，通过增减加工作级数、改变叶片安装角度来实现　

变频技术在煤矿主通风机中的节能应用

摘 要：本文从变频技术在矿井主通风机的应用出发，阐述了变频技术节能应用的原理，并通过实例说明变频技术在通风机中产生的经济效益。

关键词：变频技术 主通风机 节能

1引言

矿井主通风机是向井下输送新鲜空气，排出CO等有毒有害气体，维护矿井正常生产的大型设备。因功率大运行时间长，电能消耗多。因此，对矿井通风机进行合理调节，使其在高效条件下安全经济运行，对提高煤矿效益具有重要的现实意义。

2 风机调速运转节能原理

通风机要改变流量和风量时，一般采用转速调节来进行，这样还可以节电。其原理如下：

风量Q与转速n成正比：Q=K1n

风压H与转速n的平方成正比：H=K2n?

电动机的轴功率P与Q、H之间的积成正比，与转速n的立方成正比，P =K3 n ?。其中式中的K1、K2、K3 都作为常数，轴功率P也可表示为P=QH/102，式中为风机总效率，Q为风量，H为风压。因此采用转速调节时，当要使风量Q由1减为 1/2 时，只要使转速由1降为1/2，轴功率则由1减少为（1/2）3 = 1/8，可节约7/8的电功率。

若采用传统的节流调节，转速不变而挡板的开度减小，使Q由1减为 1/2 时，风压H变化不大，大部分略有上升。而且随着风量Q的减少，风机的效率也降低（见图1中曲线）。因此由P=QH/102 可见功率P减少不明显，与风量的减少不成比例，而功率P中的大部分用来克服管道的通风阻力而浪费。虽然风门完全关闭，效率和风量Q皆为零，轴功率也只能减少到全开时的45% -65%。

上面所述也可由风机的风压一风量特性图算出。 图1中曲线R即为管道的风阻特性（代表挡板在某一开度下，管道的通风阻力与风量的关系），曲线H即为风机的风压特性（代表在某一恒定转速下，风压与风量的关系），两者的交点A就是风机运行的工作点（此时风机的压力同管道的通风阻力大小相等，方向相反，并处于稳定运转状态）。

图2中，曲线R与挡板开度有关，随着开度的减小变得陡峭。

变频节能技术在煤矿通风机中的应用

随着工业技术的不断发展和进步，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，能源资源的消耗和环境污染问题越来越引起人们的关注，因此能源节约和环境保护已成为全球关注的重要议题。在大气污染和人工地质灾害方面，煤炭行业是目前我国面临的主要问题之一。其中，煤矿通风机在煤矿生产中具有重要的地位。煤矿通风系统的应用已成为煤矿生产的关键因素之一。煤矿通风系统的目的是在矿井中提供高质量的空气环境，以支持工人的安全和生命的健康。为此，煤矿通风系统的工作稳定可靠，能够实现良好的节能和环保效益，对于保持煤炭行业的长远健康发展具有非常重要的意义。因此，探讨煤矿通风机的变频节能技术在煤矿通风系统中的应用和优势，建立合理的变频调节系统，已成为煤矿通风系统的一个重大问题。

一、 煤矿通风机的组成和工作原理

煤矿通风机通常由电机、风轮、机壳和机架组成。其中电机直接驱动风轮旋转，煤矿通风机将空气吸入机壳内，然后将它排出矿井。由于煤矿通风机在矿井内的工作环境非常困难，因此煤矿通风机必须使用强度高、噪声小、耐腐蚀、高效率、低能耗、稳定可靠的性能特点，以确保正常、持续、高效的工作环境和良好的通风效果。

二、 变频调速技术的工作原理和优势

随着电力电子技术的发展，变频调速技术已成为一种重要的节能技术。在变频调速技术的应用中，电机的电压和频率可以进行调节，从而控制电机的转速和输出功率。变频调速技术在煤矿通风机的应用中优势明显，具有以下几个方面的优点：

1、 高效节能：传统的煤矿通风机在工作过程中采用固定转速工作方式，无法根据通风系统的需求进行精确调控。而采用变频调速技术后，煤矿通风机可以适应不同工况下的需求，通过控制电机的运行状态和输送能量的大小，实现高效、长期、稳定的节能效果。

2、 稳定可靠：煤矿通风机工作环境十分复杂，需要具有高度的稳定性和可靠性。变频调速技术能够适应不同环境要求下的工作压力和流量要求，从而确保高效、稳定和可靠的工作效果。