应用案例

尊传承 创经典

首页 / 应用案例 / 高端制造 / 矿山

淮北矿业集团朱仙庄煤矿西风井风机高压变频节能改造工程

浏览次数: 日期:2008-10-22 15:04:11

一、引言

朱仙庄矿位于安徽省淮北平原中部,西北距宿州市15公里,京沪铁路临其西南侧。矿井铁路专用线全长7.9公里,在宿东支线的三角线接轨,宿灵公路经矿通过,交通便利。
  朱仙庄矿井地质储量为24385.7万吨,可采储量为12093.8万吨。矿井蕴藏的煤炭为良好的炼焦配煤,煤质较稳定。现主要供应国内钢铁工业及其它工业用户。

朱仙庄煤矿西风井风机主要担负北部采区通风,要求安全稳定性极高,因为主风机一旦停机,短时间内就将造成全矿无法正常生产;控制方式采用调节风门开度的大小来调整风量。这样,不论生产的需求大小,风机都要全速运转,而运行工况的变化则使得能量以风门节流损失消耗掉了。在生产过程中,不仅控制精度受到限制,而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加,设备使用寿命缩短,设备维护、维修费用高居不下。

 

二、现场技术参数:

电动机

型号:YR1250-10/1430

功率:1250KW

电压:6000V

电流:146A

额定转速:590转/分

额定转子电压:1365V

额定转子电流:572A

定子接线方式:Y

转子接线方式:Y

绝缘等级:B

厂家:兰州电机厂

出厂日期:1979年12月

离心风机

型号:K4-73-02NO28F

流量:784800米3/小时(1800-10800m3/min)

主轴转数:580转/分

全压:392公斤/米2(50~500mmH2O)

电机容量:1250KW

厂家:沈阳风机厂

出厂日期:1970年10月

设备布置采用抽出式通风方式,配备反风道反风,扇风机与电动机设于主机房内,主机房为双层工业厂房,风道为半地下式。吸风侧设两个立闸门,两个水平反风门,扩散器侧两个水平反风门,每个风门各用一台JFM-4型启闭风门绞车进行操纵,风门绞车采用集中与就地两种操作方式。

起动方式:电动机转子串接频敏电阻器

频敏电阻器型号为BP1-316-4020

传动方式:直接传动

调节方式:手动操作风门绞车控制立闸门(改变管路阻力特性曲线)

 

三、变频改造前存在的问题:

1.原工矿使用的为转子串电阻启动方式,启动不稳定,造成了大的机械冲击,导致电机寿命大大降低;

2.转子串电阻启动时,控制系统复杂,故障率高,接触器、电阻器、绕线电机电刷容易损坏,维护工作量大;

3.启动时电流过大,对电网冲击很大,影响电网的稳定性;

4.原工矿调节风量主要由调节风门来实现,多余的风量全部浪费在风门上,造成了严重资源浪费;

5.原工矿无调速方式,无法实现无级调速;

6.自动化程度低,影响整体系统安全性;

 

四、变频控制方案

(1)采用功率单元串联多电源结构,实现无级调速和多速度等级运行,能带载调节风机工况点,满足主通风机各种运行工况。

(2)选用一套6kV变频装置,通过切换,可以分别拖动两台风机单独运行,具有一拖二功能。

(3)在变频器故障状态下,可切换到工频状态运行;

(4)采用变频的软启动技术,启动电流小,减少对电网及风机冲击。

(5)具有变频器工作状态在线检测功能,并能与矿井安全监控系统联网。

(6)变频器采用先进的功率单元串联叠波技术,空间矢量控制的正弦波PWM调制方法,新颖的全中文操作界面和高性能IGBT功率器件,可靠性高、性能优越、操作简便。

(7)高质量电源输入:输入侧隔离变压器二次线圈经过移相,为功率单元提供电源对于6kV而言相当于30脉冲不可控整流输入,消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流,大大抑制了网侧谐波(尤其是低次谐波)的产生。变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足IEEE 519-1992和GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》对谐波含量最严格要求,无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰。正常调速范围内功率因数大于0.96。无需功率因数补偿电容,减少无功输入,降低供电容量。

(8)完美的输出性能:单元脉宽调制叠波输出,6kV系列每相5个单元,大大削弱了输出谐波含量,输出波形几近完美的正弦波。

 

五、变频控制特点

1.优良的调速性能,完全满足生产工艺要求;

2.良好的节能效果,提高系统运行效率;

3.实现电机软启动,减小启动冲击,降低维护费用,延长设备使用寿命;

4.启动时,最大只有1.3 倍的额定电流,根本不影响电网的稳定性。

5.系统安全、可靠,确保风机连续运行;

6.控制方便、灵活,自动化水平高;

7.输入谐波含量小,不对电网造成污染;输出谐波含量低,适合所有改造项目的异步电动机;

8.实现无级调速,风门全部开,由风机速度调节来实现改变风量大小,满足现场工况;

9.界面全为纯中文操作,非常符合国人特点;

10.安全保护功能齐全,除了过压、过热、过载、短路等自身保护功能外,还设有外围连锁保护系统,提高了系统的安全稳定性;

 

六、风机集控系统

1.使用风机集控系统的现实意义

扇风机是煤矿建设和生产中关键而又重要的设备,运行的好与坏直接关系到煤矿的安全生产和经济效益。因此,一个比较完善、操作方便的控制系统对其运行的过程进行监控便显得十分重要,也是保障风机安全、可靠运行的最佳途径。针对其重要性,吸收先进的控制理念,并针对风机运行的特点,采用风机集控系统,做到安全、可靠、经济、操作方便。

2.风机集控系统组成   

朱仙庄矿西风井安装2台大型矿用离心式风机,一用一备。拖动电机为1250KW的异步绕线式电动机,采用转子串频敏变阻器起动。风机的风量调节:在工频时通过立闸门的开度调节;变频时通过调节变频器输出频率,达到调节风量的目的。

电控系统采用了PLC组成的二级分布式计算机集散式控制系统,在扇风机运行的过程进行实时的数据检测、数据显示、控制、保护、报警和管理。系统由操作站(以下简称为上位机)和现场控制站两部分组成,现场控制站采用S7-300系列的PLC一对一控制。

操作站配置:

威达电工控机:PIV2.4G  512M  80G  52X光驱;

19DELL彩显;

操作系统为WindowsXP;

监控组态软件采用WINCC6.0组态软件。

3、风机集控系统功能

l采集各台扇风机运行的工艺参数、电器参数、电气设备运行的状况。

l扇风机可由PLC进行控制,严格按控制程序进行控制,并对扇风机正常切换和故障切换进行控制和操作指导;且在控制柜实现硬件闭锁控制。

l在控制站显示扇风系统工艺参数表、电气参数、设备运行状态(工作、停止、故障)以及报警参数表等。

l自动建立数据库,对于重要的工艺参数、电气参数自动生成趋势曲线。

l报表打印功能。

l当运行风机发生故障时,利用运行记录的曲线对故障进行分析和处理。

l在条件具备时,可实现远控,达到“无人值守”。

4、风机集控系统特点

l本系统软件采用功能强大的组态软件开发,并提供了良好的人机界面,便于用户学习和操作。

l界面友好,各种信息的显示、查看操作简单,易学易用。

l数据安全性高,稳定性好。提供了完善的错误中断提示。

l设置了用户权限管理。一般用户只能查看普通操作,责任用户只有将用户名和密码登录后,才能进行相关的操作。

 

七、节能分析

通过流体力学的基本定律可知:风机、泵类设备均属平方转矩负载,其转速n与流量Q,压力H以及轴功率P具有如下关系:Q∝n,H∝n2,P∝n3;即,流量与转速成正比,压力与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。

在现场控制中,采用风机定速运行,通过立闸门的开度调节流量。当流量从QA减小至QB时,立闸门开度减小使管网阻力特性由h1变为h2,系统工作点由原来的A点移至B点;风机的特性曲线不变,受其节流作用压力H1变为H2。

风机轴功率实际值(kW)可由公式:

P=Q*H/(ηc*ηb)

其中,P、Q、H、ηc、ηb分别表示功率、流量、压力、风机效率、传动装置效率,直接传动为1。

假设总效率(ηc*ηb)为1,则风机由A点移至B点工作时,电机节省的功耗为AQAOHA和BQBOHB的面积差。如果采用调速手段改变风机的转速n,当流量从QA减小至QB时,那么管网阻力特性为同一曲线h1,系统工作点将由原来的A点移至C点,风机的运行也更趋合理。在立闸门全开,只有管网阻力的情况下,系统满足现场的流量要求,能耗势必降低。此时,电机节省的功耗为AQAOHA和CQBOH3的面积差。比较采用立闸门开度调节和风机转速控制,显然使用风机转速控制更为有效合理,具有显著的节能效果。

另外,从图中还可以看出:立闸门调节时将使系统压力H升高,这将对管路和立闸门的密封性能形成威胁和破坏;而转速调节时,系统压力H将随风机转速n的降低而降低,因此不会对系统产生不良影响。

从上面的比较不难得出:当现场对风机流量的需求下降时,采用转速调节将比原来的立闸门调节节省BCH3HB所对应的功率大小。采用变频调速技术改变风机设备转速来控制现场压力、风量等其它过程控制参量,要比采用立闸门调节更为节能经济,设备运行工况也将得到明显改善。

 

八、节能计算

按工频和变频运行实际电流计算,计算数据取2008年技术测定

工频运行时,风门开度为2m左右,运行电流在96.7A。

工频运行时功率和耗电:

P1= 1.732×6×96.7×0.77=773.78kW  

N=773.78×24=18570.67kW·h

变频器运行时,风门全开,运行电流在46.6A,由变频器调节风机速度来满足风量要求。

变频运行时功率和耗电:H和耗电

P2= 1.732×6×46.6×0.958=463.93kW  

N=463.93×24=11134.27kWh

节电率:

(18570.67-11134.27)/18570.67=40 %

节约电费计算:

以电价0.6元/度为标准,工频24小时耗电费:

18570.67×0.6=11142.4元

变频24小时耗电量

11134.27×0.6=6680.6元

变频改造后,日节约电费:

11142.4-6680.6=4461.8元

一年以365天为标准计算,年节约电费:

4461.8×365=1628557元

 

九、总结

淮北矿业集团朱仙庄煤矿西风井经过高压变频器改造之后,不仅达到了良好的节能效果,并且使整套通风系统的稳定性提高了一个大台阶.


经典案例

北京合康新能科技股份有限公司

地址:北京市经济技术开发区博兴二路3号

邮箱:service@hiconics.com

电话:010-59180000

传真:010-59180035

热线电话:400-058-6116

海外项目联系方式:

联络人:邓琪敏 13552802825

Copyright 2006-2021   
版权所有:北京合康新能科技股份有限公司    京ICP备05028480号-1  
  京公网备110301000391    技术支持:北京网站建设