一、北風(fēng)井現(xiàn)狀和存在的問題

九龍礦北風(fēng)井風(fēng)機(jī)為軸流式GAF26.6-14-1，額定風(fēng)量12600m3／min，最高負(fù)壓3800Pa，運(yùn)行最高效率可達(dá)88.7％，現(xiàn)階段北翼通風(fēng)需求很小,預(yù)計(jì)2010年4月1日恢復(fù)到出水前狀況。由于受大采深、地質(zhì)構(gòu)造、巷道層位布置的影響，巷道整修反復(fù)性大。根據(jù)建礦以來巷道破壞與整修的情況，隨著采區(qū)、二水平的延伸接替，北翼通風(fēng)系統(tǒng)的巷道斷面的變化將是一個(gè)動(dòng)態(tài)反復(fù)的過程。風(fēng)機(jī)與通風(fēng)系統(tǒng)匹配的好壞程度也將是一個(gè)動(dòng)態(tài)反復(fù)的長(zhǎng)期過程。由于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型考慮到煤礦的安全生產(chǎn)留有較大余量，風(fēng)機(jī)運(yùn)行在礦井壽命的前期、中期乃至后期風(fēng)機(jī)不能達(dá)到滿負(fù)荷，相對(duì)運(yùn)行在小角度、小風(fēng)量、低效率區(qū)域，風(fēng)機(jī)整體機(jī)組效率實(shí)際僅為70％。如何在不同巷道條件下，使風(fēng)機(jī)與通風(fēng)系統(tǒng)相匹配，在不發(fā)生喘振條件下使風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定、高效工作，更好地滿足礦井通風(fēng)要求是我們研究的課題。

通過風(fēng)機(jī)特性分析，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率通過兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：

一是礦井?dāng)嗝孢m應(yīng)風(fēng)機(jī)，通過整修井下巷道，擴(kuò)大斷面，減少管網(wǎng)阻力來實(shí)現(xiàn)。由于井下地質(zhì)條件復(fù)雜多變，通過十幾年的巷道整修實(shí)踐證明，管網(wǎng)阻力難以降到理想要求。

二是風(fēng)機(jī)適應(yīng)礦井?dāng)嗝?，通過改變風(fēng)機(jī)風(fēng)葉角度或調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速主動(dòng)與礦井風(fēng)阻系數(shù)相匹配，在滿足生產(chǎn)需求的前提下，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在最高效區(qū)。

二、解決此問題的具體方案

根據(jù)南風(fēng)井風(fēng)機(jī)變頻改造經(jīng)驗(yàn)，利用高壓變頻技術(shù)改造后，風(fēng)機(jī)風(fēng)葉角度調(diào)到高效角度，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到滿足風(fēng)量的合理轉(zhuǎn)速，供電系統(tǒng)為工頻、變頻雙回路系統(tǒng)，以變頻為主，變頻和工頻互為備用，安全程度大大提高，具有重大的安全社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

具體措施是風(fēng)機(jī)風(fēng)葉角度由-12.5度調(diào)至0度，風(fēng)機(jī)效率由70%提高到最高效率88.7%。通過變頻調(diào)速將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至600轉(zhuǎn),風(fēng)機(jī)確保風(fēng)量6600m3／min。通過對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)葉角度和運(yùn)行轉(zhuǎn)速的優(yōu)化組合，使風(fēng)機(jī)無論運(yùn)行在壽命的前期、中期、后期，風(fēng)機(jī)效率始終是最高88.7％。

具體方案是采用高壓變頻技術(shù)對(duì)北風(fēng)井風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，考慮到兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的倒換，采用6kV高壓變頻一拖二方式分別控制兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，將兩臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)葉調(diào)至高效區(qū),通過調(diào)節(jié)供電頻率調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率并滿足通風(fēng)需要的目的，在變頻發(fā)生故障時(shí)，立即啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。

三、北風(fēng)井風(fēng)機(jī)變頻改造效益分析

目前恢復(fù)生產(chǎn)階段經(jīng)濟(jì)效益分析

改造前風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,根據(jù)運(yùn)行電壓、電流等參數(shù)得出電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，實(shí)際消耗的有功功率：

P11= 428 (kW)

P12= 455×0.18 = 81.9(kW)

P1 = 428 + 81.9= 509.9 (kW)

P1為總消耗功率，P11為實(shí)際消耗有功，P12為無功折算的有功，折算系數(shù)取0.18；

安裝變頻器后,我們將調(diào)節(jié)扇葉角度調(diào)整到高效區(qū)88%，關(guān)閉配風(fēng)風(fēng)門，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的電機(jī)運(yùn)行頻率，改變電機(jī)的速度來達(dá)到調(diào)節(jié)的目的，按流量3973m3/min (110m3/s)風(fēng)壓1.5kPa計(jì)算。

安裝變頻器后

P2=Q2×H2÷λ=110m3/s×1.5kPa÷88%= 187.5(kW) 

變頻時(shí)合計(jì)消耗電能

P3= P2/λ1/λ2= P2/96%/95%=201（kW.h）

P2為改造后消耗有功;Q2為風(fēng)機(jī)實(shí)際流量;H2為風(fēng)機(jī)實(shí)際負(fù)壓

λ為風(fēng)機(jī)效率；λ1為變頻效率；λ2為傳動(dòng)效率；

節(jié)電率：

η=( P1£­P3 )/ P1＝(509.9-201)/509.9 = 60%

月節(jié)電費(fèi)用

(509.9-201)×30×24×0.56=12.4548萬元

季節(jié)電費(fèi)用

13.225×3=37.36萬元

年節(jié)電費(fèi)用

13.225×12=149萬元

長(zhǎng)期¾­濟(jì)效益分析

以風(fēng)機(jī)效率提高節(jié)能計(jì)算：

當(dāng)前的風(fēng)機(jī)效率η風(fēng)機(jī)=70％

改造后風(fēng)機(jī)效率η風(fēng)機(jī)max=88.7％

風(fēng)機(jī)效率提高△η風(fēng)機(jī)=（88.7％-70％）÷70％=26.7％

改造前系統(tǒng)輸入能量N當(dāng)前=585kW

節(jié)能功率N節(jié)=585×26.7％=156kW

年節(jié)約電費(fèi)=156kW×24h×365天×0.56元/kWh≈76.5萬元

其它間接效益

◆ 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，軸溫、噪音、振動(dòng)大幅降低，改善了工作環(huán)境。

◆ 軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)和相關(guān)機(jī)電設(shè)備的沖擊明顯減小。

◆ 功率因數(shù)大幅提高0.96以上，電網(wǎng)質(zhì)量明顯提高。

◆ 變頻運(yùn)行為主，工頻系統(tǒng)備用，消除´­振事故隱患安全系數(shù)更高。

◆ 反風(fēng)操作通過控制按鈕實(shí)現(xiàn)一鍵操作。

◆ 風(fēng)機(jī)維護(hù)量減少，使用壽命延長(zhǎng)。

◆ 礦井供風(fēng)量根據(jù)總工程師機(jī)電礦長(zhǎng)指示隨時(shí)按需調(diào)節(jié)。 

通過上述分析對(duì)比可知，由于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)普遍按最大通風(fēng)量選型，存在較大余量?，F(xiàn)在，礦井風(fēng)機(jī)采購(gòu)都是一步到位，而礦井通風(fēng)斷面受開采礦壓影響不能達(dá)到設(shè)計(jì)斷面，尤其在礦井開采初期和中期乃至后期運(yùn)行沒有達(dá)到風(fēng)機(jī)最高效工況點(diǎn)，通過改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)便易行無需停機(jī)調(diào)節(jié)扇葉角度，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)適應(yīng)各個(gè)時(shí)期的通風(fēng)要求使風(fēng)機(jī)在礦井開采各個(gè)時(shí)期都能運(yùn)行在最高效率狀態(tài)，一般節(jié)電率在15-30%。