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河北負(fù)壓風(fēng)機(jī)價格變頻調(diào)速在煤礦主要通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用干熄焦除塵風(fēng)

　1　引言
　　變頻調(diào)速技術(shù)及工程的應(yīng)用能夠使電力傳動工程的控制性能和節(jié)能水平有較大幅 度提高。我國現(xiàn)有各類電動機(jī)總裝機(jī)容量達(dá)35億kWh,電耗占總用電量的50％左右�？� 慮到生產(chǎn)機(jī)械在各種工況下的工作運(yùn)行，因而配用的拖動電動機(jī)功率一般定位在最大工作能 力 情況下。而大量的生產(chǎn)場合由于功率需求始終處在變動狀態(tài)中，因此在定速拖動方式下， 無法進(jìn) 行拖動功率與實(shí)際功率需求的匹配平衡。在低功率需求的情況下，就導(dǎo)致大量的電動機(jī)處 于 輕載運(yùn)行，電能利用率低，浪費(fèi)電能現(xiàn)象嚴(yán)重。在電傳工程中，加入變頻器環(huán)節(jié)，可較大幅 度地降低生產(chǎn)性電耗，還可大大優(yōu)化生產(chǎn)機(jī)械的控制性能。煤炭行業(yè)中的礦井通風(fēng)，配備了 大量的功率較大的主要通風(fēng)機(jī)，其平均效率僅達(dá)60％，運(yùn)行效率不到55％，比國外水平低15個百分點(diǎn)。在礦井主要通風(fēng)機(jī)的拖動工程上實(shí)施變頻調(diào)速技術(shù)改造，可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　2　基本情況介紹
　　山西三元煤業(yè)有限公司是新建礦，現(xiàn)在年生產(chǎn)能力已達(dá)100萬t，生產(chǎn)用電量很大，主要用 電設(shè)備為礦井主要通風(fēng)機(jī)及提升設(shè)備。礦井通風(fēng)設(shè)備是根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃配備的，電機(jī)及主 要通風(fēng)機(jī) 容量選用的比較大，由于建礦時間短，實(shí)際生產(chǎn)能力沒有達(dá)到中遠(yuǎn)期設(shè)計水平，因此通風(fēng)設(shè)備存在較大裕量。
　　三元煤業(yè)公司礦井只有一個采區(qū)，礦井通風(fēng)方式為抽出式，設(shè)有一個通風(fēng)機(jī)房，裝備兩臺 軸流式 通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)啟動方式為串電抗器降壓啟動，兩臺同型號的主要通風(fēng)機(jī)互為備用。主要通風(fēng) 機(jī)選 用的是沈陽風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的2K58系列礦井軸流通風(fēng)機(jī)，型號為2K58-No28型，額定電壓600 0V，轉(zhuǎn)速590r/ min。配備電機(jī)均為沈陽電機(jī)廠生產(chǎn)的高壓電機(jī)，型號為JS-157-10，額 定電壓6000V，額定電流33A，額定功率260kW，轉(zhuǎn)速 590r/ min。
　　1998年由山西省煤礦節(jié)能監(jiān)測中心對兩臺2K58-No28通風(fēng)機(jī)的性能進(jìn)行了技術(shù)測定。通風(fēng) 機(jī)效率為86.3%；通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)為：風(fēng)量104m3/s，全壓為1996Pa，風(fēng)機(jī)效率為27.5 %， 風(fēng)機(jī)軸功率90kW。針對礦井實(shí)際的風(fēng)量需求，采用調(diào)節(jié)前導(dǎo)器角度和調(diào)節(jié)垂直風(fēng)門開啟度實(shí) 現(xiàn)風(fēng)量調(diào)整。經(jīng)計算，通風(fēng)機(jī)房兩臺2K58-No28通風(fēng)機(jī)采用輪換工作制，與近最佳工況運(yùn)行 情況相比，每年多消耗電能45.32萬kWh，電能浪費(fèi)十分嚴(yán)重。
　　初期（近10年內(nèi)），整個風(fēng)機(jī)和電拖動工程處于低效率運(yùn)行狀態(tài)，存在“大馬拉小車”的問題，在礦井生產(chǎn)后期，260kW的電動機(jī)仍能 滿 足后期通風(fēng)的需求。同時電機(jī)起動電流過大，盡管加入起動電抗器，起動電流仍然很大。 在正常生產(chǎn)過程中以及采煤斷面的加深和延長，對風(fēng)量和風(fēng)壓有著不同的要求，而對風(fēng)量的 不同需求，一般是通過人工改變風(fēng)門的開啟度或者改變風(fēng)機(jī)的扇葉角度來實(shí)現(xiàn)的，勞動強(qiáng)度 大，風(fēng)量調(diào)控不便，設(shè)備維修工作量大。
　　為解決上述問題，我們根據(jù)我 礦的實(shí)際生產(chǎn)及發(fā)展要求，選用北京天寵電力技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速器MDS2000- 260/6G一臺，對主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造。
　　3　風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行節(jié)能原理
　　通常調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法有改變風(fēng)門開度和改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速兩種方法。
風(fēng)機(jī)的壓力―風(fēng)量特性曲線如圖1（略）。
根據(jù)風(fēng)機(jī)軸功率諸公式：
P=KQp/ηcηb〖JY〗(1)
式中：
　P――軸功率（kW）；　〖WB〗K――系數(shù)；
　Q――風(fēng)量（m3/s）；　ηb――風(fēng)機(jī)效率；
　　p――壓力（Pa）；　　ηc――傳動裝置效率（直接傳動時為1）
風(fēng)機(jī)G2，G5工作點(diǎn)的軸功率為：
　　PG2=KQ2P2/ηcηb(kW)
　　PG5=KQ2P5/ηcηb(kW)
　　△P=KQ2(P2-P5)/ηcηb(kW)
　　△Pn即為風(fēng)機(jī)調(diào)速控制所節(jié)省的功率，或者說風(fēng)門調(diào)節(jié)時要多消耗在風(fēng)門上的功率 。
根據(jù)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、壓力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：
　　〗Q∝n
　　p∝T∝n2　(2)
　　P∝Tn∝n3
式中：　Q――風(fēng)量；
p――壓力；
T――轉(zhuǎn)矩；
P――軸功率〖ZK)〗
　　可以看出，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的1次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的2次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方 成正比。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)輸入風(fēng)機(jī)的功率。
交流電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系為：
N=60f(1-S)/p　(3)
式中：
　　N――轉(zhuǎn)速；　　f――電機(jī)電源頻率；
　　p――電機(jī)極對數(shù)； 　 S――轉(zhuǎn)差率
　　從（1）、（2）、（3）式可以看出，均勻調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組的電源頻率f，就可以均勻地改 變電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小。因此調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，就可相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸入風(fēng)機(jī) 的功率。這樣，避免風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量時消耗在風(fēng)門上的功率，這正是采用變頻調(diào)速達(dá)到節(jié)能的 原理。
　　4　高壓變頻調(diào)速器MDS2000工作原理
　　MDS2000高壓變頻器采用直接高-高變換的方式，多電平串聯(lián)倍壓技術(shù)方案。整個設(shè)備是由切 分裝置、變換裝置和控制裝置三部分組成。
　　切分裝置是一個特殊設(shè)計的三相隔離變壓器。該變壓器一次輸入有三個分接頭，分別對應(yīng)的 一次輸入電壓為6000V、6300V、5700V，即對電網(wǎng)的輸入可調(diào)整為電網(wǎng)輸入的100%、105%、9 5%，目的在于適應(yīng)電網(wǎng)寬范圍的電壓輸入。本裝置的變壓器輸入電壓符合國家標(biāo)準(zhǔn)，容 量為330kVA。變壓器的二次有三組輸出，對應(yīng)三相輸出，每組包括8個獨(dú)立的切分單元繞組 ，繞組之間相差一定的電角度，每個繞組輸出同樣大小的三相交流電。
　　本裝置的變換裝置是由24個結(jié)構(gòu)相同的功率模塊組成，主電路結(jié)構(gòu)采用電平串聯(lián)倍壓方式， 8個功率模塊串聯(lián)成一相，三相輸出采用Y形接法。每個功率單元包含整流、濾波、逆變3 個部分。通過軟件編程，控制逆變部分中的開關(guān)元件的開、關(guān)規(guī)律，從而控制每個逆變模塊 的輸出電壓幅值大小、方向和寬度（相應(yīng)的頻率）。
　　波形的輸出采用優(yōu)化的PWM變換技術(shù)，對相電壓波形進(jìn)行優(yōu)化變形，提高電壓利用率；加上 輸出多電平的串聯(lián)倍壓，使得輸出波形更加接進(jìn)正弦波，有效地抑制輸出電壓和電波的諧 波含量。
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　　具體改造方式為：首先恢復(fù)風(fēng)機(jī)扇葉數(shù)量，將扇葉調(diào)整到最佳工作角度３0°，使風(fēng)機(jī)工作 在最佳狀態(tài)；利用變頻器變頻調(diào)速功能，根據(jù)生產(chǎn)對風(fēng)量和風(fēng)壓的要求，自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)吸風(fēng) 量，使風(fēng)機(jī)獲得最大的節(jié)能效果；同時變頻器具有軟起動功能，可根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定相應(yīng) 的起動時間，以減少直接起動所產(chǎn)生的大的沖擊電流，取消了直接起動時所串接的限流電抗 器。
改造后的工程主接線圖如圖2所示：
　　圖2（略）
　�。丁「脑烨昂蟮囊恍┲饕獢�(shù)據(jù)對比及效益
三元煤業(yè)公司在2001年８月初安裝使用該設(shè)備，運(yùn)行一段時間后，并經(jīng)過測試，整體情況和 以前工頻運(yùn)行時有以下幾個方面的比較。
（1）改造前后的一些主要數(shù)據(jù)對比如表1。
（２）整體情況
①主要通風(fēng)機(jī)變改造后，在滿足正常生產(chǎn)對風(fēng)量（現(xiàn)在為46.33～53.67m3/s）和風(fēng)壓（ 1700P a）需求的前提下，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速比額定轉(zhuǎn)速590r/min下降了17%，電機(jī)實(shí)際功率為電機(jī)額 定功率的56%，節(jié)電率約在44%。
　　表1　改造前后主要數(shù)據(jù)對比（略）
　�、谧冾l改造后，實(shí)現(xiàn)了軟起動，取消了起動時的限流電抗器，起動電流大大減小，低于 額定電流，避免的起動電流對電網(wǎng)和電機(jī)的沖激。
　　③由于高壓變頻器功率因數(shù)高，不需功率補(bǔ)償，因而去掉了原有的并在電機(jī)輸入側(cè)的電容 器。
　�、軠y試結(jié)果表明，變頻器輸出諧波含量很小，低于4%。
　�、葑冾l改造后，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)對風(fēng)量的自動控制，提高了設(shè)備自動化控制程度和設(shè)備的可靠性 。
　�、拊O(shè)備磨損減輕、維護(hù)費(fèi)用降低，延長了維護(hù)周期，工作強(qiáng)度減少。
　�、咦冾l設(shè)備操作簡單，工況良好，運(yùn)行可靠。
　�、嘧冾l運(yùn)行后設(shè)備噪音降低、改善工作環(huán)境。
　�。贰〗Y(jié)語
　　通過此例應(yīng)用及其他的風(fēng)機(jī)變頻改造應(yīng)用實(shí)例，可以認(rèn)為：煤礦主要通風(fēng)機(jī)如能較為普遍地 實(shí)施變頻調(diào)速改造，經(jīng)濟(jì)效益是非�？捎^的。
對風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻技術(shù)改造，實(shí)際上是在拖動風(fēng)機(jī)的電傳動工程中應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)。一 方面，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用不僅能使電力傳動工程的節(jié)能水平有較大提高，另一方面，也能 使電力傳動工程的控制性能也得到較大的提高。
變頻調(diào)速技術(shù)如能進(jìn)一步地在風(fēng)機(jī) 拖動以泵類機(jī)械拖動、及整個電力傳動工程中推廣應(yīng)用，將對推動企業(yè)科技進(jìn)步起到重要作用。



1前言

　　干法熄焦工藝技術(shù)是濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司(簡稱濟(jì)鋼)引進(jìn)烏克蘭技術(shù)，結(jié)合濟(jì)鋼的實(shí)際情況，從節(jié)能環(huán)保的角度，投入巨資興建的，于1998年陸續(xù)投產(chǎn)。濟(jì)鋼干熄焦生產(chǎn)工藝能否持續(xù)運(yùn)行下去，除塵設(shè)施是否可靠，環(huán)保效果是否明顯，生產(chǎn)環(huán)境是否得到真正改善，其關(guān)鍵在于干熄焦除塵風(fēng)機(jī)必須耐磨損、壽命長。

　　2改造起因


　　干熄焦原工藝設(shè)計的除塵風(fēng)機(jī)為Y4-73No15D風(fēng)機(jī)，由于工作煙氣含塵量較高，為100～500mg/Nm3，硬度較大，對風(fēng)機(jī)葉片產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，而且含有少量的CO、CO2、H2、H2S、SO2等氣體，對風(fēng)機(jī)有一定腐蝕作用。經(jīng)實(shí)測風(fēng)機(jī)入口水分達(dá)到飽和狀態(tài)，pH值為8.7，因而風(fēng)機(jī)運(yùn)行初期葉輪磨損、腐蝕相當(dāng)快，使用壽命不到30天，致使整機(jī)振動趨勢發(fā)展較快，7天之內(nèi)垂直振動和水平振動分別由當(dāng)初的50、40μm上升到150、100μm，無法正常使用�，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉輪鋼板已由12mm磨損到0～3mm，參差不齊，軸承損壞、底座松動，工作環(huán)境極其惡劣。由于頻繁出事故，給生產(chǎn)帶來極大影響
　　3改造方案


　　針對存在的問題，通過技術(shù)交流，為降低投資，并充分利用現(xiàn)場條件和現(xiàn)有設(shè)施，判定改造方案如下：(1)改造風(fēng)機(jī)與原設(shè)計風(fēng)機(jī)的安裝尺寸相同；(2)與風(fēng)機(jī)相匹配的電機(jī)仍使用原設(shè)計的電機(jī)，功率為630kW，轉(zhuǎn)速為1440r/min；(3)葉輪進(jìn)行耐磨、耐腐蝕處理，提高壽命；(4)采用進(jìn)口SKF軸承，使葉輪與軸承壽命相當(dāng)，滿足現(xiàn)場高負(fù)荷、高運(yùn)轉(zhuǎn)的要求；(5)采用進(jìn)口密封，防塵進(jìn)入，確保軸承良好潤滑條件，改善風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；(6)風(fēng)機(jī)基本參數(shù)保持原設(shè)計的要求不變。


　　4葉輪改造


　　(1)葉輪材質(zhì)：常用材料為15MnV和16MnV，而15MnV比16MnV綜合機(jī)械性能好，具有更好的可焊性和耐磨、抗腐蝕性能，為此，選用15MnV代替原設(shè)計16MnV。
　　(2)原風(fēng)機(jī)葉片為后彎圓弧型,很容易掛灰，使用壽命短,為此,選用后向直板葉片，改變?nèi)~片的安裝角度，并在磨損嚴(yán)重部位增加補(bǔ)強(qiáng)板，葉片工作面上噴涂WC層，增加耐磨層，提高抗耐磨性能。
　　5使用效果


　　通過改造，葉輪耐磨、耐腐蝕得到改善，葉輪壽命由原來的30天提高到190天，提高了6倍；采用進(jìn)口SKF軸承，精度高，質(zhì)量好，并改用磁力機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，防止灰塵進(jìn)入，改善了軸承潤滑狀態(tài)，提高了運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性，可確保葉輪周期內(nèi)不出現(xiàn)任何事故。實(shí)際運(yùn)行效果表明，改造是成功的，由于除塵風(fēng)機(jī)整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，在改善干熄焦環(huán)境、減少污染、降低勞動強(qiáng)度方面發(fā)揮了重要作用，為干法熄焦的推廣創(chuàng)造了條件。由此看出采用新技術(shù)、新工藝對關(guān)鍵部件進(jìn)行長壽化攻關(guān)不失為提高整機(jī)壽命、改善運(yùn)行狀態(tài)的一個很好的、強(qiáng)有力的措施。

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