变频调速技术在煤矿企业应用中的节能分析

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摘要：变频调速技术在煤矿企业的应用，改变了传统的调节、拖动方式，适应了当前全球的经济发展趋势，实现了节能减排，降低了生产成本。

关键词：变频调速 节能减排 风机 水泵

1 概述

在企业，风机、水泵是其不可缺少的运转设备，其电能消耗和以往节流调节方式的能量损失，是构成企业生产成本的重要部分。随着市场经济的不断发展，在全球范围内人们的环保意识逐渐增强，节能减排成为企业获得经济效益、社会效益、环境效益的必经之路。

随着工业生产自动化的发展要求，变频调速技术得到了广泛的应用，凭借自身良好的调速性能，以及高效可靠的节电效果，现有设备的运行工况在一定程度上明显改善，系统的安全性、可靠性进一步得到提高，同时设备的利用率也大大提升，对于电机及其拖动负载来说，根据生产工艺的要求，通过调整转速输出，电机能耗明显降低，在一定程度上确保了生产系统运行的高效性。

通常在企业中所应用的风机与水泵，其运行工况的调节，根据系统需求，调整和控制节流设备（风门、挡板、闸阀、截止阀、回流阀等）的流量、压力，通过节流损失的方式对部分能量进行消耗。在生产过程中，一方面限制了控制精度，另一方面浪费了大量的能源，损耗了机械设备，从而导致生产成本居高不下。

对于风机、水泵等设备来说，一般情况下通过异步电动机对其进行驱动，该驱动方式的特点是：启动电流大、机械冲击强、电气保护特性差。当负载发生机械故障时，动作保护不及时，进而在一定程度上产生设备和电机同时损坏的现象。

随着近年来企业对变频调速技术的应用，其易操作、免维护、控制精度高、可实现运程操控的优点，逐步取代了以往的系统控制方式。

变频调速是根据电动机转速与工作电源输出频率成正比的关系而工作的。即：

n=60f（1-s）p

n――电动机转速

f――电源输出频率

s――电动机转差率

p――电动机磁极对数

通过改变频率f来改变电动机的转速。

根据流体力学可知，风机与水泵其转速n与流量Q、压力H、轴功率符合下列关系：①流量与转速成正比；②扬程、压力与转速的平方成正比；③轴功率与转速的立方成正比。

2 在现场控制中，对两种控制方式进行对比（以水泵为例）

定速运行，通过出口阀对流量进行控制。当流量Q1减小50%至Q2时，阀门开度减小，管网阻力发生改变，在节流作用下，压力由H1升高到H2，水泵轴功率实际值与额定值相比降低不大；（依据公式）

P=Q・H/（ηc・ηb）

P――功率

Q――流量

H――压力

ηc――水泵效率

ηb――传动装置效率

通过调速手段对水泵的转速n进行改变时，当流量从Q1减小50%至Q2时，管网阻力特性保持不变，水泵运行更加科学合理。在阀门全开，只有管网阻力时，能耗必然会降低。另外，在调节阀门的过程中，系统压力必然升高，进而在一定程度上威胁和破坏了管路和阀门的密封性能，而调节转速时，随泵转速的降低系统压力将降低，因此不会影响系统正常运行。将水泵的流量需求从100%将至50%时，将转速调节改为阀门调节，节能率在75%以上，风机等流体机械也同样如此。

举例如下：

根据公式p/p0=（n/n0）3

P为转速n时的功率

p0为转速n0时的功率

例如，一台22kw的鼓风机，运行18小时，在90%负荷下每天运行10小时（频率按46Hz计算，挡板调节时电机功耗按98%计），在50%负荷运行8小时（频率按20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70%计），全年运行时间300天；

则变频调速每年节电量：

W1=22*10*[1-（46/50）3]*300=14607kwh

W2=22*8*[1-（20/50）3]*300=49420kwh

Wb=W1+W2=14607+49420=64027kwh

挡板开度时每年节电量：

W1=22*（1-98%）*10*300=1320kwh

W2=22*（1-70%）*8*300=15840kwh

Wd=W1+W2=1320+15840=17160kwh

相比较节电量为W=WbWd=64027-17160=46867kwh

节电效益十分明显。

3 结束语

实践证明，变频调速应用于风机、泵类等流体设备，进行相应的驱动控制，节电效果非常明显，是一种理想的工况控制方式，其直接和间接效益极其显著，应用前景十分广泛。

参考文献：

[1]叶的旺.变频调速技术在矿山空气压缩机中的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009（03）.

[2]郭敏，杨哲，姜超.变频调速电机在聚丙烯酰胺生产中的节能分析[J].价值工程，2012（04）.

[3]黄立军.变频调速技术在风机上应用的节能效果分析[J].江西能源，2006（12）.

作者简介：袁春雷（1969-），男，工程师，1993年毕业于阜新煤炭工业学校矿山电气化专业，从事煤矿供电管理工作。