一、北風井現(xiàn)狀和存在的問題
九龍礦北風井風機為軸流式GAF26.6-14-1，額定風量12600m3／min，最高負壓3800Pa，運行最高效率可達88.7％，現(xiàn)階段北翼通風需求很小,預計2010年4月1日恢復到出水前狀況。由于受大采深、地質構造、巷道層位布置的影響，巷道整修反復性大。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，北翼通風系統(tǒng)的巷道斷面的變化將是一個動態(tài)反復的過程。風機與通風系統(tǒng)匹配的好壞程度也將是一個動態(tài)反復的長期過程。由于風機設計選型考慮到煤礦的安全生產留有較大余量，風機運行在礦井壽命的前期、中期乃至后期風機不能達到滿負荷，相對運行在小角度、小風量、低效率區(qū)域，風機整體機組效率實際僅為70％。如何在不同巷道條件下，使風機與通風系統(tǒng)相匹配，在不發(fā)生喘振條件下使風機安全穩(wěn)定、高效工作，更好地滿足礦井通風要求是我們研究的課題。
通過風機特性分析，提高風機運行效率通過兩個方面實現(xiàn)：
一是礦井斷面適應風機，通過整修井下巷道，擴大斷面，減少管網(wǎng)阻力來實現(xiàn)。由于井下地質條件復雜多變，通過十幾年的巷道整修實踐證明，管網(wǎng)阻力難以降到理想要求。
二是風機適應礦井斷面，通過改變風機風葉角度或調整風機轉速主動與礦井風阻系數(shù)相匹配，在滿足生產需求的前提下，使風機運行在最高效區(qū)。
二、解決此問題的具體方案
根據(jù)南風井風機變頻改造經(jīng)驗，利用高壓變頻技術改造后，風機風葉角度調到高效角度，風機轉速降到滿足風量的合理轉速，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經(jīng)濟效益。
具體措施是風機風葉角度由-12.5度調至0度，風機效率由70%提高到最高效率88.7%。通過變頻調速將風機轉速降至600轉,風機確保風量6600m3／min。通過對風機風葉角度和運行轉速的優(yōu)化組合，使風機無論運行在壽命的前期、中期、后期，風機效率始終是最高88.7％。
具體方案是采用高壓變頻技術對北風井風機進行改造，考慮到兩臺風機的倒換，采用6kV高壓變頻一拖二方式分別控制兩臺風機，將兩臺風機風葉調至高效區(qū),通過調節(jié)供電頻率調節(jié)風機轉速，實現(xiàn)提高風機運行效率并滿足通風需要的目的，在變頻發(fā)生故障時，立即啟動備用風機工頻運行。
三、北風井風機變頻改造效益分析
目前恢復生產階段經(jīng)濟效益分析
改造前風機長期在額定轉速下運行,根據(jù)運行電壓、電流等參數(shù)得出電動機工頻運行時，實際消耗的有功功率：
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,我們將調節(jié)扇葉角度調整到高效區(qū)88%，關閉配風風門，調節(jié)風機的電機運行頻率，改變電機的速度來達到調節(jié)的目的，按流量3973m3/min (110m3/s)風壓1.5kPa計算。
安裝變頻器后
P2=Q2×H2÷λ=110m3/s×1.5kPa÷88%= 187.5(kW)
變頻時合計消耗電能
P3= P2/λ1/λ2= P2/96%/95%=201（kW.h）
P2為改造后消耗有功;Q2為風機實際流量;H2為風機實際負壓
λ為風機效率；λ1為變頻效率；λ2為傳動效率；
節(jié)電率：
η=( P1£P3 )/ P1＝(509.9-201)/509.9 = 60%
月節(jié)電費用
(509.9-201)×30×24×0.56=12.4548萬元
季節(jié)電費用
13.225×3=37.36萬元
年節(jié)電費用
13.225×12=149萬元
長期¾濟效益分析
以風機效率提高節(jié)能計算：
當前的風機效率η風機=70％
改造后風機效率η風機max=88.7％
風機效率提高△η風機=（88.7％-70％）÷70％=26.7％
改造前系統(tǒng)輸入能量N當前=585kW
節(jié)能功率N節(jié)=585×26.7％=156kW
年節(jié)約電費=156kW×24h×365天×0.56元/kWh≈76.5萬元
其它間接效益
◆ 風機轉速降低，軸溫、噪音、振動大幅降低，改善了工作環(huán)境。
◆ 軟啟動，對電網(wǎng)和相關機電設備的沖擊明顯減小。
◆ 功率因數(shù)大幅提高0.96以上，電網(wǎng)質量明顯提高。
◆ 變頻運行為主，工頻系統(tǒng)備用，消除´振事故隱患安全系數(shù)更高。
◆ 反風操作通過控制按鈕實現(xiàn)一鍵操作。
◆ 風機維護量減少，使用壽命延長。
◆ 礦井供風量根據(jù)總工程師機電礦長指示隨時按需調節(jié)。
通過上述分析對比可知，由于風機設計普遍按最大通風量選型，存在較大余量?，F(xiàn)在，礦井風機采購都是一步到位，而礦井通風斷面受開采礦壓影響不能達到設計斷面，尤其在礦井開采初期和中期乃至后期運行沒有達到風機最高效工況點，通過改變風機運行轉速簡便易行無需停機調節(jié)扇葉角度，通過調節(jié)電機轉速隨時適應各個時期的通風要求使風機在礦井開采各個時期都能運行在最高效率狀態(tài)，一般節(jié)電率在15-30%。
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