变频节能技术乳化液泵应用分析

　　煤矿企业使用的大型机电设备存在高耗能现象，为了降低设备能耗，促进经济发展，节约用电已经成为煤矿企业节能减排工作中的重中之重。近年来，随着我国煤炭工业技术的快速发展，煤矿机电设备科技水平有了长足进步，更多的节能减排技术被用于煤矿机电设备中，其中，变频节能技术应用较为广泛，其节能技术主要表现在3个方面：①软启动节能。由于绝大部分电动机为直接启动或Y/D启动，启动电流为额定电流的4?7倍，这样不仅会对机电设备和供电电网造成严重冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动对设备及阀门的损害极大，大幅降低了设备及管路的使用寿命。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始逐渐增大，最大值也不会超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命，节省了设备的维护费用。②调速节能。由流体力学可知，流量与转速的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比，如果乳化液泵的效率一定，当要求供液流量下降时，转速可成比例的下降，而此时轴输出功率成立方关系下降，即乳化液泵电动机的耗电功率与转速近似成立方比的关系，降低了乳化液泵电动机的电能消耗。③无功补偿节能。无功功率不但增加设备线损及发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频器调速后，由于变频器内部滤波电容的作用减少了无功损耗，提高了电动机功率因数，增加了电网的有功功率。变频技术以可靠的调速性能和卓越的节能效果，大幅降低煤矿机电设备的能耗，因而，变频节能技术被广泛应用于我国煤矿生产，成为节约电能和保护环境的有效途径[1]。

变频节能技术乳化液泵应用分析

　　1乳化液泵运行原理

　　1.1乳化液泵结构组成

　　神华神东煤炭集团有限责任公司大柳塔煤矿52307综采工作面在用RMIS500型变频乳化液泵站由英国雷波公司生产，并经青岛天信公司采用变频技术进行节能改造。该套乳化液泵站主要由乳化液泵、电控系统及变频器组成，其中，1台乳化液泵由变频回路驱动，另外2台乳化液泵由工频回路驱动，变频器的外形为长方体，主要由整流单元、滤波单元、逆变单元、水冷单元以及低压控制单元5大部分组成，其参数见表1。变频器的低压控制部分主要布置在输出端盖上，动力电源的输入以及负荷电缆的输出均采用快速电缆连接器结构。

　　1.2变频乳化液泵运行

　　由安装在乳化液泵站上的系统压力传感器给变频器提供压力信号，变频器根据接受到的压力信号控制变频乳化液泵运行，以达到设定的系统压力值，当系统流量需求增大及压力降低时，变频乳化液泵电动机会提高转速，反之，变频乳化液泵电动机会降低转速。当系统压力传感器传给变频器的压力信号为压力不断上升，流量需求不断下降时，变频乳化液泵电动机转速会一直降到最低值，并保持在最低转速运行。如果系统流量需求还在降低，变频乳化液泵将在最低加载设定压力值上下不断加载和卸载，依次循环运行。变频乳化液泵一直保持在最低转速下运行，不加载，一段时间内认为其进入休眠状态，在这种休眠状态下，控制系统会一直寻找压力下降信号，一旦获得此信号，乳化液泵又会自行启动，恢复正常加载运行状态。变频乳化液泵会根据当前的系统流量需求情况调节乳化液泵电动机转速，当变频乳化液泵电动机以50Hz频率全速运行，仍不能满足系统流量需求时，控制系统会自动启动1台工频乳化泵，当2台泵无法满足需求时，再启动另1台工频乳化泵，当系统压力传感器损坏后，变频器自动转入恒转矩控制模式，也可以通过外部控制信号给定变频回路输出转速范围，并通过外部控制回路启动工频回路实现上述功能。

　　2节能计算

　　综采工作面停机检修保压阶段，液压支架的用液量大幅减少，此时只需补充由于密封或管路问题而造成的少量乳化液损失即可，期间单台变频乳化液泵低速运行便可弥补液压系统的乳化液流量损失，达到停机保压的目的，以取代传统意义上使用工频乳化液泵保压的方法，这样可以大幅降低停机检修保压阶段的电能损耗[2]。停机检修保压阶段乳化液泵的输出功率W。N=Px(?/612式中：Z3为停机检修保压阶段的系统压力，即P=31.5MPa;为停机检修保压阶段系统流量，L/min;W为乳化液泵的输出功率，kW。通过对大柳塔煤矿52307综采工作面在用变频乳化液泵长期观测记录，得出停机检修保压阶段变频乳化液泵最小频率为35Hz，经计算，对应变频乳化液泵的最小输出功率为236kW;额定频率为50Hz的工频乳化液泵停机检修保压阶段输出功率为500kW。停机检修保压阶段乳化液泵的电量功耗为W=Nt式中：W为乳化液泵消耗电量，kW?h;t为停机检修保压阶段持续时间，h。按大柳塔煤矿现行“三八”工作制，即每天分为3个工作班，每个班占用8h工作时间，其中，停机检修阶段占用1个工作班。经过计算，停机检修保压阶段单台变频乳化液泵每个工作班消耗电量为0.19万kW?h，单台工频乳化液泵每个工作班消耗电量为0.4万kW?h，根据大柳塔煤矿实际生产组织情况，一年按300个工作日计算，停机检修保压阶段使用单台变频乳化液泵每年消耗电量为57万kW?h，使用单台工频乳化液泵每年消耗电量为120万kW?h。综上所述，停机检修保压阶段使用变频乳化液泵每年可节约电能63万kW?h，按上网电价0.606元/kW.h，减少用电支出38.18万元，经济效益显著。根据测算，普通家庭一年的平均用电量约为1000kW?h，则使用变频乳化液泵每年节约的电量可满足633个普通家庭使用1年。发电厂产出1kW.h电需消耗约0.33kg标准煤，则使用变频乳化液泵每年可节约210t标准煤，按1t标准煤排放二氧化碳2.6t，减少了约546t二氧化碳排放，降低了因燃煤发电造成的空气污染、废水污染和粉煤灰污染，社会效益显著。

　　3变频节能技术应用前景

　　随着电力电子器件的快速发展，新的变频技术层出不穷，并得到了更加广泛的应用[3]。变频节能技术在节能领域具有一定优势，使用变频器的电气系统节电率超过40%。煤矿企业作为耗能大户，节能减排已刻不容缓，变频节能技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性成为煤矿机电设备采用的主流节能技术，煤矿使用的提升机、通风机、水泵、带式输送机、刮板输送机、采煤机、乳化液泵站等都急需采用变频技术达到节能的效果，变频器在煤矿的应用起步比较晚，为适应煤矿生产的特殊环境及安全要求，变频器必须设计成隔爆兼本安型[4]。变频节能技术在煤矿机电设备发展中有着不可替代的作用，不仅降低了吨煤电能消耗，而且减少了污染物排放，为煤矿绿色开采保驾护航。今后一段时间内煤炭仍是我国的主要能源供给，许多煤矿有待开发，煤矿机电设备的种类和数量不断增加，部分在用老旧设备需要进行节能改造，这就为变频技术的应用创造了有利条件[5]，今后变频节能技术在煤矿机电设备上的应用空间极其广泛。

　　4结语

　　采用变频节能技术的煤矿机电设备节能效果明显，不仅提高了设备使用寿命，而且大幅降低了吨煤电能消耗，减少了污染物排放，经济效益和社会效益凸显。现有变频器体积大，集成度低，要满足快速发展的煤矿开采技术需求尚有大量的工作需要开展。

　　参考文献：

　　[1]王强.基于变频节能技术在煤矿机电设备中的应用[」].机械管理开发，2015(3)：66-87.

　　[2]杨飞.多泵乳化液泵站节能分析研究[」].煤矿机械，2014，35(3)：162-164.

　　[3]王成飞.变频器技术现状及未来发展与需求分析[?)].中国新技术新产品，2010(16)：120.

　　[4]李宏晓.变频调速技术在煤矿的应用前景[」].科技信息，2010(19)：498-499.

　　[5]王芹.煤矿机电设备变频节能技术的应用探究[」].山东煤炭科技，2016(1)：98-99.

　　《变频节能技术乳化液泵应用分析》来源：《煤炭科学技术》，作者：张海滨