基于新技术的煤炭企业节能

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摘要：分析了煤炭企业的用能及节能现状，介绍了软启动、变频技术和热电冷联供技术及其在煤炭企业的应用，提出了应用新技术的节能措施。

关键词：变频；软启动；节能；措施

中图分类号：F27 TM6 文献标识码：A文章编号：1673-0992（2011）04-0143-01

自20世纪90年代，我国已成为世界第一大产煤国。煤炭企业是我国的产能大户，也是耗能大户。

煤矿节能包括多方面的内容，其中主要有节电、节水、节煤、节油、节气等多个方面。节能依靠合理的规划设计、有效的生产管理体制、产业结构的调整、改进的生产工艺和设备。新技术融合于新工艺和新设备之中。本文以软启动、变频器和热电冷联供新技术在煤炭行业的应用带来的节能效果进行介绍。

1 国内煤矿企业节能的现状

我国政府高度重视节能工作，“十一五”规划纲要提出单位GDP能耗降低20%左右的节能目标，新的“十二五”规划纲要提出单位GDP能耗降低16%左右的节能目标，容易实现的节能项目已经在“十一五”期间实现，下一步的难度将更大，这依赖于经济发展方式的转变和节能技术的应用。据测算，技术进步对节能的贡献率达到40-60%。

“十一五”期间，《国务院关于加强节能工作的决定》、《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》、《关于印发煤炭工业节能减排工作意见的通知》相继出台，煤炭企业为节能做了大量工作。然而从全国各大煤炭集团来看，各企业节能减排工作进展呈不整齐的趋势，横向相比，有的企业充分认识到了节能减排工作的重要性，并已经开始行动，部分企业重视程度不够，导致工作进展缓慢。纵向相比，井上部分基本等同于其它行业，节能工作比较好推进，井下部分仍不容乐观。

目前，煤炭企业在节能方面存在一些突出的问题，表现在随着煤炭企业机械化程度提高带来的能耗偏高，总体技术水平较低、技术装备落后、产业结构不合理、节能管理落后。

2新技术的应用

2.1 软启动和变频技术在煤炭行业的应用

软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的电机控制装置。软启动控制回路中不带旁路接触器可引入电流闭环控制，在负载较轻或空载时自动降低电动机的励磁电流，降低电动机端电压，提高功率因数，实现节能。空载时可节能近40％，可以有效解决“大马拉小车”状态下电动机的电能浪费问题[1]。所以软启动器以其节能，可靠，减少系统冲击等特点在国民经济快速发展时期得到了越来越广泛的应用。

变频器的设计是为了调整控制变频器的输出功率来控制电机的输出功率，使其与负荷要求相匹配，达到合理控制电机功率输出，减少能源消耗的目的。变频调速系统以其较高的功率因数，启动效果好，调速平滑稳定，特别是因为节能，而被应用在各调速设备的控制上。

变频调速技术是在电机供电电源与电机定子间加入一个可改变电机供电电源频率的变流装置，将5OHz工频交流电源变为频率、电压可调的交流电源，通过变频器改变输出的交流电的频率的改变实现对电机旋转磁场的频率进行调整，实现调整电机的转数和转矩。克服了以往各种固定电压供电的调速方法是将机械能变为热能而耗掉。如：绕线转子电动机调速、液压联轴器调速，在可调速度范围内，转速越低其机械能变为热能损耗就越大，由于变频调速的损耗主要来于可控硅的压降和电抗器的损耗，比起直接从电网固定电压供电的调速系统损耗要小得多。各种调速从电源-轴效率比较[2]，可以看出变频调速在低转速时其效率要比其它调速高得多，一般调速系统在转速下降到额定转速的50% 时，其电源-轴效率只有40%左右，而变频调速则接近80%。

电力是煤矿的主要能源，随着煤矿机械化程度不断提高和开采不断延伸扩大，电的消耗量呈逐年上升趋势，节约用电是煤矿降低总能耗的重要环节和主攻方向，煤矿节电的主要范围是供电系统和用电设备[3]。在煤炭生产过程中，电力主要用于煤炭采掘过程中驱动相关的机械装备完成作业动作，基本集中在提升、通风、排水、运输、空压、锅炉、采掘、洗选等作业工序中。从煤矿生产过程中各工序中的装备总装机容量大小来看，以空压机、采掘装备、排水大泵、提升装备等耗电较多。因此，煤矿中的空压机、提升装备、锅炉和排水大泵等装备是煤矿中耗电较大、节电潜力亦大的高耗能装备。为了达到既不影响正常生产又能节约电能的宗旨，煤矿企业应加强空压机、提升装备、锅炉和排水大泵等高耗能用电设备的节电改造，达到节电、高效、安全的综合要求。加强机电设备技术改造，推广应用节电产品。

很多情况下，电动机在轻载或变动载荷下运行，平均负荷率在30-50%之间，造成电力资源严重浪费。针对电动机的工作特点，对煤矿主要设备的电动机采用软启动装置和变频器技术，根据负荷情况，自动调节电机两端电压和频率，使电动机在最佳状态下运行，可节约大量有功功率和无功功率，实现电机节能的效果。

2.2 利用热电冷联供新技术节能

在高温矿井中，当采用隔绝热源、加强通风等非制冷措施都无法使矿内气温达到安全规程规定的标准时，就必须采取人工制冷降温，也就是采用制冷设备对矿内空气进行冷却。按制冷机的容量和设置位置可大致分为：(1)独立移动式制冷机，即在各工作面实施局部制冷的方式；(2)大型制冷机安装在地表或井下的集中固定式制冷方式，即制冷机在竖井井口或井底冷却全部进风的直接制冷方式和制冷机的冷水用送水管送往工作面附近与移动式热交换器配套，组成局部冷却的分散制冷方式。目前采用的制冷设备多为电制冷机组，功率及能耗大，运行成本较高。

在煤矿开采过程中，煤层气也随之释放，形成煤矿瓦斯。为确保煤矿安全生产，需要安装大功率风机将煤矿巷道内的瓦斯排出，据中国工程院“发展燃气机充分利用我国燃气能源的研究”项目报告，我国每年采煤排放的煤矿瓦斯在130亿m3以上，占全球的35％以上。瓦斯的主要成分甲烷，是一种具有强烈温室效应的气体，其温室效应为二氧化碳的21倍，据测算，所有人类活动造成的温室效应中，20％是由甲烷引起的；同时，瓦斯也是一种高效的清洁能源，对空直接排放是一种巨大的能源浪费。我国煤层气资源居世界第三，可采的资源量有10万亿m3，但是目前每年的利用量不足20亿m3，仅仅是资源量的万分之一，因此必须对煤矿瓦斯进行科学有效的综合利用。

目前，我国瓦斯利用的最主要途径为民用和发电，其它利用途径例如工业燃料、化工、汽车燃料仅占其中很少的比例。但在瓦斯内燃发电机组的发电过程中，燃料的能量只有约35％被自身转化为电能，其它约有30％随尾气排出，25％被发动机冷却水带走，通过机身散发等其它约占10％左右，这其中约一半的能量被再次排入到空气中，对周围环境造成二次热污染，也极大地浪费了能源。

大量的科学研究和工程实践证明瓦斯作为燃料燃烧，其热利用效率低，是瓦斯利用的初级阶段。利用瓦斯进行发电，并利用发电余热制冷并进行矿井降温，瓦斯的热利用效率较高，是瓦斯综合利用较理想的途径[4]。由此可见，利用瓦斯进行发电，并利用发电余热制冷对深部开采矿井工作面进行降温的这一热电冷联供系统既符合国家提出的节能减排要求，又可为煤炭企业带来巨大的经济效益，在大力发展循环经济的今天是十分必要和可行的。随着我国煤矿开采规模和开采深度的不断增加，热电冷联供系统将会在实现煤炭行业节能减排中有着十分广阔的应用前景。

3 结束语

随着现代科学技术的发展，一大批高新技术的出现使得煤矿机械开始向节能、高效、可靠、环保型的新产品发展。一些节能新技术、新工艺正在被推广应用。煤炭企业应抓住“十二五”期间国家坚持把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的重要着力点的方针政策，加大科技投入，使新技术在煤炭企业节能中发挥重要作用。

参考文献：

[1]聂闯.软启动技术原理及应用.红水河，2007，26（2）：83~86

[2]仇慧林.谈变频调速与煤矿节能. 山西能源与节能, 2002, 22(3)： 25~27

[3]张玲.煤矿节能分析. 现代商贸工业,2010, 13： 370

[4]张皖生，吴正欣.发展热电联供, 实现煤矿节能减排.中国煤层气.2009,6(2)： 41~43