九龙矿北风井主扇风机变频改造可行性分析
发布日期：2011-09-28 浏览次数：49016
北风井现状和存在的问题九龙矿北风井风机为轴流式GAF26.6-14-1，额定风量12600m3／min，最高负压3800Pa，运行最高效率可达88.7％ 北风井现状和存在的问题
九龙矿北风井风机为轴流式GAF26.6-14-1，额定风量12600m3／min，最高负压3800Pa，运行最高效率可达88.7％，现阶段北翼通风需求很小,预计2010年4月1日恢复到出水前状况。由于受大采深、地质构造、巷道层位布置的影响，巷道整修反复性大。根据建矿以来巷道破坏与整修的情况，随着采区、二水平的延伸接替，北翼通风系统的巷道断面的变化将是一个动态反复的过程。风机与通风系统匹配的好坏程度也将是一个动态反复的长期过程。由于风机设计选型考虑到煤矿的安全生产留有较大余量，风机运行在矿井寿命的前期、中期乃至后期风机不能达到满负荷，相对运行在小角度、小风量、低效率区域，风机整体机组效率实际仅为70％。如何在不同巷道条件下，使风机与通风系统相匹配，在不发生喘振条件下使风机安全稳定、高效工作，更好地满足矿井通风要求是我们研究的课题。
通过风机特性分析，提高风机运行效率通过两个方面实现：
一是矿井断面适应风机，通过整修井下巷道，扩大断面，减少管网阻力来实现。由于井下地质条件复杂多变，通过十几年的巷道整修实践证明，管网阻力难以降到理想要求。
二是风机适应矿井断面，通过改变风机风叶角度或调整风机转速主动与矿井风阻系数相匹配，在满足生产需求的前提下，使风机运行在最高效区。
解决此问题的具体方案
根据南风井风机变频改造经验，利用高压变频技术改造后，风机风叶角度调到高效角度，风机转速降到满足风量的合理转速，供电系统为工频、变频双回路系统，以变频为主，变频和工频互为备用，安全程度大大提高，具有重大的安全社会经济效益。
具体措施是风机风叶角度由-12.5度调至0度，风机效率由70%提高到最高效率88.7%。通过变频调速将风机转速降至600转,风机确保风量6600m3／min。通过对风机风叶角度和运行转速的优化组合，使风机无论运行在寿命的前期、中期、后期，风机效率始终是最高88.7％。
具体方案是采用高压变频技术对北风井风机进行改造，考虑到两台风机的倒换，采用6kV高压变频一拖二方式分别控制两台风机，将两台风机风叶调至高效区,通过调节供电频率调节风机转速，实现提高风机运行效率并满足通风需要的目的，在变频发生故障时，立即启动备用风机工频运行。
北风井风机变频改造效益分析
北风井现场数据(如表1)
▲表1
目前恢复生产阶段经济效益分析
改造前风机长期在额定转速下运行,根据运行电压、电流等参数得出电动机工频运行时，实际消耗的有功功率：
P11= 428 (kW)
P12= 455×0.18 = 81.9(kW)
P1 = 428 + 81.9= 509.9 (kW)
P1为总消耗功率，P11为实际消耗有功，P12为无功折算的有功，折算系数取0.18；
安装变频器后,我们将调节扇叶角度调整到高效区88%，关闭配风风门，调节风机的电机运行频率，改变电机的速度来达到调节的目的，按流量3973m3/min (110m3/s)风压1.5kPa计算。
安装变频器后
P2=Q2×H2÷λ=110m3/s×1.5kPa÷88%= 187.5(kW)
变频时合计消耗电能
P3= P2/λ1/λ2= P2/96%/95%=201（kW.h）
P2为改造后消耗有功;Q2为风机实际流量;H2为风机实际负压
λ为风机效率；λ1为变频效率；λ2为传动效率；
节电率：
η=( P1£P3 )/ P1＝(509.9-201)/509.9 = 60%
月节电费用
(509.9-201)×30×24×0.56=12.4548万元
季节电费用
13.225×3=37.36万元
年节电费用
13.225×12=149万元
长期¾济效益分析
以风机效率提高节能计算：
当前的风机效率η风机=70％
改造后风机效率η风机max=88.7％
风机效率提高△η风机=（88.7％-70％）÷70％=26.7％
改造前系统输入能量N当前=585kW
节能功率N节=585×26.7％=156kW
年节约电费=156kW×24h×365天×0.56元/kWh≈76.5万元
其它间接效益
◆ 风机转速降低，轴温、噪音、振动大幅降低，改善了工作环境。
◆ 软启动，对电网和相关机电设备的冲击明显减小。
◆ 功率因数大幅提高0.96以上，电网质量明显提高。
◆ 变频运行为主，工频系统备用，消除´振事故隐患安全系数更高。
◆ 反风操作通过控制按钮实现一键操作。
◆ 风机维护量减少，使用寿命延长。
◆ 矿井供风量根据总工程师机电矿长指示随时按需调节。
通过上述分析对比可知，由于风机设计普遍按最大通风量选型，存在较大余量。现在，矿井风机采购都是一步到位，而矿井通风断面受开采矿压影响不能达到设计断面，尤其在矿井开采初期和中期乃至后期运行没有达到风机最高效工况点，通过改变风机运行转速简便易行无需停机调节扇叶角度，通过调节电机转速随时适应各个时期的通风要求使风机在矿井开采各个时期都能运行在最高效率状态，一般节电率在15-30%。
发布日期：2011-09-28 浏览次数：49016
北风井现状和存在的问题
九龙矿北风井风机为轴流式GAF26.6-14-1，额定风量12600m3／min，最高负压3800Pa，运行最高效率可达88.7％，现阶段北翼通风需求很小,预计2010年4月1日恢复到出水前状况。由于受大采深、地质构造、巷道层位布置的影响，巷道整修反复性大。根据建矿以来巷道破坏与整修的情况，随着采区、二水平的延伸接替，北翼通风系统的巷道断面的变化将是一个动态反复的过程。风机与通风系统匹配的好坏程度也将是一个动态反复的长期过程。由于风机设计选型考虑到煤矿的安全生产留有较大余量，风机运行在矿井寿命的前期、中期乃至后期风机不能达到满负荷，相对运行在小角度、小风量、低效率区域，风机整体机组效率实际仅为70％。如何在不同巷道条件下，使风机与通风系统相匹配，在不发生喘振条件下使风机安全稳定、高效工作，更好地满足矿井通风要求是我们研究的课题。
通过风机特性分析，提高风机运行效率通过两个方面实现：
一是矿井断面适应风机，通过整修井下巷道，扩大断面，减少管网阻力来实现。由于井下地质条件复杂多变，通过十几年的巷道整修实践证明，管网阻力难以降到理想要求。
二是风机适应矿井断面，通过改变风机风叶角度或调整风机转速主动与矿井风阻系数相匹配，在满足生产需求的前提下，使风机运行在最高效区。
解决此问题的具体方案
根据南风井风机变频改造经验，利用高压变频技术改造后，风机风叶角度调到高效角度，风机转速降到满足风量的合理转速，供电系统为工频、变频双回路系统，以变频为主，变频和工频互为备用，安全程度大大提高，具有重大的安全社会经济效益。
具体措施是风机风叶角度由-12.5度调至0度，风机效率由70%提高到最高效率88.7%。通过变频调速将风机转速降至600转,风机确保风量6600m3／min。通过对风机风叶角度和运行转速的优化组合，使风机无论运行在寿命的前期、中期、后期，风机效率始终是最高88.7％。
具体方案是采用高压变频技术对北风井风机进行改造，考虑到两台风机的倒换，采用6kV高压变频一拖二方式分别控制两台风机，将两台风机风叶调至高效区,通过调节供电频率调节风机转速，实现提高风机运行效率并满足通风需要的目的，在变频发生故障时，立即启动备用风机工频运行。
北风井风机变频改造效益分析
北风井现场数据(如表1)
北风井风机2台1用1备
配套电机
运行工况
型 号
GAF26.6-14-1
型 号
Y560-6
扇叶角度
-20°
轴 功 率
额定功率
1250 kW
实际功率
428kW 455kVar
风机全压
3800 Pa
额定电压
6kV
实际电压
6.3 kV
额定流量
12600 m3/ min
额定电流
140.7A
实际电流
51 A
额定转速
990 r/min
转 速
993 r/min
风压风量
2200Pa 110m3/s
调节方式
扇叶角度
功率因数
0.887
功率因数
0.69
▲表1
目前恢复生产阶段经济效益分析
改造前风机长期在额定转速下运行,根据运行电压、电流等参数得出电动机工频运行时，实际消耗的有功功率：
P11= 428 (kW)
P12= 455×0.18 = 81.9(kW)
P1 = 428 + 81.9= 509.9 (kW)
P1为总消耗功率，P11为实际消耗有功，P12为无功折算的有功，折算系数取0.18；
安装变频器后,我们将调节扇叶角度调整到高效区88%，关闭配风风门，调节风机的电机运行频率，改变电机的速度来达到调节的目的，按流量3973m3/min (110m3/s)风压1.5kPa计算。
安装变频器后
P2=Q2×H2÷λ=110m3/s×1.5kPa÷88%= 187.5(kW)
变频时合计消耗电能
P3= P2/λ1/λ2= P2/96%/95%=201（kW.h）
P2为改造后消耗有功;Q2为风机实际流量;H2为风机实际负压
λ为风机效率；λ1为变频效率；λ2为传动效率；
节电率：
η=( P1£P3 )/ P1＝(509.9-201)/509.9 = 60%
月节电费用
(509.9-201)×30×24×0.56=12.4548万元
季节电费用
13.225×3=37.36万元
年节电费用
13.225×12=149万元
长期¾济效益分析
以风机效率提高节能计算：
当前的风机效率η风机=70％
改造后风机效率η风机max=88.7％
风机效率提高△η风机=（88.7％-70％）÷70％=26.7％
改造前系统输入能量N当前=585kW
节能功率N节=585×26.7％=156kW
年节约电费=156kW×24h×365天×0.56元/kWh≈76.5万元
其它间接效益
◆ 风机转速降低，轴温、噪音、振动大幅降低，改善了工作环境。
◆ 软启动，对电网和相关机电设备的冲击明显减小。
◆ 功率因数大幅提高0.96以上，电网质量明显提高。
◆ 变频运行为主，工频系统备用，消除´振事故隐患安全系数更高。
◆ 反风操作通过控制按钮实现一键操作。
◆ 风机维护量减少，使用寿命延长。
◆ 矿井供风量根据总工程师机电矿长指示随时按需调节。
通过上述分析对比可知，由于风机设计普遍按最大通风量选型，存在较大余量。现在，矿井风机采购都是一步到位，而矿井通风断面受开采矿压影响不能达到设计断面，尤其在矿井开采初期和中期乃至后期运行没有达到风机最高效工况点，通过改变风机运行转速简便易行无需停机调节扇叶角度，通过调节电机转速随时适应各个时期的通风要求使风机在矿井开采各个时期都能运行在最高效率状态，一般节电率在15-30%。
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