煤礦企業(yè)使用的大型機(jī)電設(shè)備存在高耗能現(xiàn)象，為了降低設(shè)備能耗，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，節(jié)約用電已經(jīng)成為煤礦企業(yè)節(jié)能減排工作中的重中之重。近年來，隨著我國煤炭工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，煤礦機(jī)電設(shè)備科技水平有了長足進(jìn)步，更多的節(jié)能減排技術(shù)被用于煤礦機(jī)電設(shè)備中，其中，變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，其節(jié)能技術(shù)主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：①軟啟動(dòng)節(jié)能。由于絕大部分電動(dòng)機(jī)為直接啟動(dòng)或Y/D啟動(dòng)，啟動(dòng)電流為額定電流的4?7倍，這樣不僅會對機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)對設(shè)備及閥門的損害極大，大幅降低了設(shè)備及管路的使用壽命。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始逐漸增大，最大值也不會超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。②調(diào)速節(jié)能。由流體力學(xué)可知，流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，如果乳化液泵的效率一定，當(dāng)要求供液流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率成立方關(guān)系下降，即乳化液泵電動(dòng)機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系，降低了乳化液泵電動(dòng)機(jī)的電能消耗。③無功補(bǔ)償節(jié)能。無功功率不但增加設(shè)備線損及發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻器調(diào)速后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用減少了無功損耗，提高了電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)，增加了電網(wǎng)的有功功率。變頻技術(shù)以可靠的調(diào)速性能和卓越的節(jié)能效果，大幅降低煤礦機(jī)電設(shè)備的能耗，因而，變頻節(jié)能技術(shù)被廣泛應(yīng)用于我國煤礦生產(chǎn)，成為節(jié)約電能和保護(hù)環(huán)境的有效途徑[1]。

　　1乳化液泵運(yùn)行原理

　　1.1乳化液泵結(jié)構(gòu)組成

　　神華神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司大柳塔煤礦52307綜采工作面在用RMIS500型變頻乳化液泵站由英國雷波公司生產(chǎn)，并經(jīng)青島天信公司采用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造。該套乳化液泵站主要由乳化液泵、電控系統(tǒng)及變頻器組成，其中，1臺乳化液泵由變頻回路驅(qū)動(dòng)，另外2臺乳化液泵由工頻回路驅(qū)動(dòng)，變頻器的外形為長方體，主要由整流單元、濾波單元、逆變單元、水冷單元以及低壓控制單元5大部分組成，其參數(shù)見表1。變頻器的低壓控制部分主要布置在輸出端蓋上，動(dòng)力電源的輸入以及負(fù)荷電纜的輸出均采用快速電纜連接器結(jié)構(gòu)。

　　1.2變頻乳化液泵運(yùn)行

　　由安裝在乳化液泵站上的系統(tǒng)壓力傳感器給變頻器提供壓力信號，變頻器根據(jù)接受到的壓力信號控制變頻乳化液泵運(yùn)行，以達(dá)到設(shè)定的系統(tǒng)壓力值，當(dāng)系統(tǒng)流量需求增大及壓力降低時(shí)，變頻乳化液泵電動(dòng)機(jī)會提高轉(zhuǎn)速，反之，變頻乳化液泵電動(dòng)機(jī)會降低轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)壓力傳感器傳給變頻器的壓力信號為壓力不斷上升，流量需求不斷下降時(shí)，變頻乳化液泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會一直降到最低值，并保持在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行。如果系統(tǒng)流量需求還在降低，變頻乳化液泵將在最低加載設(shè)定壓力值上下不斷加載和卸載，依次循環(huán)運(yùn)行。變頻乳化液泵一直保持在最低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，不加載，一段時(shí)間內(nèi)認(rèn)為其進(jìn)入休眠狀態(tài)，在這種休眠狀態(tài)下，控制系統(tǒng)會一直尋找壓力下降信號，一旦獲得此信號，乳化液泵又會自行啟動(dòng)，恢復(fù)正常加載運(yùn)行狀態(tài)。變頻乳化液泵會根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)流量需求情況調(diào)節(jié)乳化液泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)變頻乳化液泵電動(dòng)機(jī)以50Hz頻率全速運(yùn)行，仍不能滿足系統(tǒng)流量需求時(shí)，控制系統(tǒng)會自動(dòng)啟動(dòng)1臺工頻乳化泵，當(dāng)2臺泵無法滿足需求時(shí)，再啟動(dòng)另1臺工頻乳化泵，當(dāng)系統(tǒng)壓力傳感器損壞后，變頻器自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒轉(zhuǎn)矩控制模式，也可以通過外部控制信號給定變頻回路輸出轉(zhuǎn)速范圍，并通過外部控制回路啟動(dòng)工頻回路實(shí)現(xiàn)上述功能。

　　2節(jié)能計(jì)算

　　綜采工作面停機(jī)檢修保壓階段，液壓支架的用液量大幅減少，此時(shí)只需補(bǔ)充由于密封或管路問題而造成的少量乳化液損失即可，期間單臺變頻乳化液泵低速運(yùn)行便可彌補(bǔ)液壓系統(tǒng)的乳化液流量損失，達(dá)到停機(jī)保壓的目的，以取代傳統(tǒng)意義上使用工頻乳化液泵保壓的方法，這樣可以大幅降低停機(jī)檢修保壓階段的電能損耗[2]。停機(jī)檢修保壓階段乳化液泵的輸出功率W。N=Px(?/612式中：Z3為停機(jī)檢修保壓階段的系統(tǒng)壓力，即P=31.5MPa;為停機(jī)檢修保壓階段系統(tǒng)流量，L/min;W為乳化液泵的輸出功率，kW。通過對大柳塔煤礦52307綜采工作面在用變頻乳化液泵長期觀測記錄，得出停機(jī)檢修保壓階段變頻乳化液泵最小頻率為35Hz，經(jīng)計(jì)算，對應(yīng)變頻乳化液泵的最小輸出功率為236kW;額定頻率為50Hz的工頻乳化液泵停機(jī)檢修保壓階段輸出功率為500kW。停機(jī)檢修保壓階段乳化液泵的電量功耗為W=Nt式中：W為乳化液泵消耗電量，kW?h;t為停機(jī)檢修保壓階段持續(xù)時(shí)間，h。按大柳塔煤礦現(xiàn)行“三八”工作制，即每天分為3個(gè)工作班，每個(gè)班占用8h工作時(shí)間，其中，停機(jī)檢修階段占用1個(gè)工作班。經(jīng)過計(jì)算，停機(jī)檢修保壓階段單臺變頻乳化液泵每個(gè)工作班消耗電量為0.19萬kW?h，單臺工頻乳化液泵每個(gè)工作班消耗電量為0.4萬kW?h，根據(jù)大柳塔煤礦實(shí)際生產(chǎn)組織情況，一年按300個(gè)工作日計(jì)算，停機(jī)檢修保壓階段使用單臺變頻乳化液泵每年消耗電量為57萬kW?h，使用單臺工頻乳化液泵每年消耗電量為120萬kW?h。綜上所述，停機(jī)檢修保壓階段使用變頻乳化液泵每年可節(jié)約電能63萬kW?h，按上網(wǎng)電價(jià)0.606元/kW.h，減少用電支出38.18萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。根據(jù)測算，普通家庭一年的平均用電量約為1000kW?h，則使用變頻乳化液泵每年節(jié)約的電量可滿足633個(gè)普通家庭使用1年。發(fā)電廠產(chǎn)出1kW.h電需消耗約0.33kg標(biāo)準(zhǔn)煤，則使用變頻乳化液泵每年可節(jié)約210t標(biāo)準(zhǔn)煤，按1t標(biāo)準(zhǔn)煤排放二氧化碳2.6t，減少了約546t二氧化碳排放，降低了因燃煤發(fā)電造成的空氣污染、廢水污染和粉煤灰污染，社會效益顯著。

　　3變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用前景

　　隨著電力電子器件的快速發(fā)展，新的變頻技術(shù)層出不窮，并得到了更加廣泛的應(yīng)用[3]。變頻節(jié)能技術(shù)在節(jié)能領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢，使用變頻器的電氣系統(tǒng)節(jié)電率超過40%。煤礦企業(yè)作為耗能大戶，節(jié)能減排已刻不容緩，變頻節(jié)能技術(shù)以其顯著的節(jié)電效果、優(yōu)良的調(diào)速性能以及廣泛的適用性成為煤礦機(jī)電設(shè)備采用的主流節(jié)能技術(shù)，煤礦使用的提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵、帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)、乳化液泵站等都急需采用變頻技術(shù)達(dá)到節(jié)能的效果，變頻器在煤礦的應(yīng)用起步比較晚，為適應(yīng)煤礦生產(chǎn)的特殊環(huán)境及安全要求，變頻器必須設(shè)計(jì)成隔爆兼本安型[4]。變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備發(fā)展中有著不可替代的作用，不僅降低了噸煤電能消耗，而且減少了污染物排放，為煤礦綠色開采保駕護(hù)航。今后一段時(shí)間內(nèi)煤炭仍是我國的主要能源供給，許多煤礦有待開發(fā)，煤礦機(jī)電設(shè)備的種類和數(shù)量不斷增加，部分在用老舊設(shè)備需要進(jìn)行節(jié)能改造，這就為變頻技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件[5]，今后變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備上的應(yīng)用空間極其廣泛。

　　4結(jié)語

　　采用變頻節(jié)能技術(shù)的煤礦機(jī)電設(shè)備節(jié)能效果明顯，不僅提高了設(shè)備使用壽命，而且大幅降低了噸煤電能消耗，減少了污染物排放，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益凸顯�，F(xiàn)有變頻器體積大，集成度低，要滿足快速發(fā)展的煤礦開采技術(shù)需求尚有大量的工作需要開展。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3]王成飛.變頻器技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展與需求分析[?)].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(16)：120.

　　[4]李宏曉.變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦的應(yīng)用前景[」].科技信息，2010(19)：498-499.

　　[5]王芹.煤礦機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用探究[」].山東煤炭科技，2016(1)：98-99.

　　《變頻節(jié)能技術(shù)乳化液泵應(yīng)用分析》來源：《煤炭科學(xué)技術(shù)》，作者：張海濱

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