第五章  矿山行业

第四节  洗煤场设备变频调速节能改造案例（1）

      古莲河露天煤矿选煤场鼓风机高压变频节能改造工程

1．引  言：

选煤主要是利用煤和矸石物理性质和化学性质的差别而进行分选的，在选煤厂内用机械方法除去原煤中的杂质，把它分成不同质量、规格的产品，以适应不同用户的要求。选煤方法主要分湿法选煤和干法选煤，湿法选煤主要是采用水选，由于湿法选煤在遇到煤种水分高时泥化严重，并且在高寒地区存在冻结问题，而干法选煤则可避免以上矛盾，作为对湿法选煤做必要的补充，干法选煤技术工艺简单，投资少、生产成本低、占地少、见效快，对于建设选煤厂资金不足的广大中小型地方煤矿和干旱缺水地区、高寒地区的煤碳加工更有特殊意义。

2．工程概况

黑龙江漠河县古莲河露天煤矿顺风选煤厂采用干法选煤方法，其工艺流程图如下：

 图1 选煤厂工艺流程

其中鼓风机是必不可少的设备，由于其初期设计裕量大，且长期连续运行或经常处于低负荷及变负荷运行状态，靠调节入口风门挡板的开度来调节风量，节流损失大，调节响应迟滞，并且启动时电动机电流达到额定电流的5-8倍，对电网及用电系统造成很大冲击；同时使得电机及风机的使用寿命也大打折扣，增加了设备维修成本。因此决定采用高压变频调速系统根据不同工况对电动机进行转速控制，这样不仅实现了电动机的软启动，又能收到巨大的节能效益。

3． 风机变频调速节能原理：

叶片式的风机水泵属平方转矩负载，在满足流体力学相似定律的三个条件的情况下（即几何相似、运动相似和动力相似），与其风量Q、风压p和轴功率N与转速n的关系为：

可见风量Q和电机的转速n是成正比关系的，而所需的轴功率N与转速的立方成正比关系。所以当需要80％的额定风量时，通过调节电机的转速至额定转速的80％，即调节频率到40赫兹即可，这时所需轴功率将仅为原来的51.2％。如下图所示，从风机的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。

图2 风机的运行曲线

当所需风量从Q1减小到Q2时，如果采用调节风门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比；如果采用调速控制方式，风机转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但风机的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积HB×Q2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率Delt(P)与（H2-HB）×（C-B）的面积成正比。

考虑减速后风压下降限制了调速范围和调速装置的附加损耗，根据实际经验，风机类负载通过调速控制后的节电率约为 20％～50％。

4．变频改造方案：

     古莲河露天煤矿顺风选煤厂选择深圳市科陆变频器有限公司（隶属于上市公司科陆电子科技股份有限公司）的自主研发的单元串联架构的CL2700系列高压变频器，根据现场情况采用“一拖一”手动旁路的方案。

变频运行时，QS1、QS2闭合，QS3断开，QS2和QS3之间机械互锁，工频运行时，QS1、QS2断开，QS3闭合，电抗器L和真空接触器KM1为原系统本身配置的，工频启动为电抗器启动方式，运行时接触器KM1闭合，将电抗器短路。

5．节能效益分析:

   选煤厂鼓风机参数如下：

根据现场运行测量，节电率31%，年节电量为52.575万度；电费按0.6元计算，年节约电费为31.5万元。

6. 结束语：

采用变频调速改造后，不仅节约了大量电能，由于对电动机实现真正的软启动，使得设备使用寿命得以延长，大幅度节省了设备的维护费用；同时对电网的冲击大大减少。另外变频器高精度、宽范围的无级调速功能，不仅提高了生产效率和自动化水平，也大大改善了现场的生产环境。