煤礦帶式輸煤系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)探討論文
引言
在煤炭行業(yè)，帶式輸送機已經(jīng)成為主要的生產(chǎn)運輸設(shè)備。為了滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要和擴大規(guī)模等問題，帶式輸送機在驅(qū)動電機的選擇上都會留有較大的冗余度。由于煤礦開采的不均衡性，輸送機的運量不能保持穩(wěn)定，導(dǎo)致帶式輸送機運量不足，經(jīng)常處于“大馬拉小車”的狀態(tài)。帶式輸送機一般都是以固定速度運行，所以帶式輸送機驅(qū)動電機做功效率就會降低，耗費大量電能，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。降低帶式輸送機的生產(chǎn)電耗已經(jīng)成為企業(yè)迫切需要解決的問題，引起了許多工程技術(shù)人員的關(guān)注。
本文根據(jù)煤礦企業(yè)煤炭生產(chǎn)的實際情況，探討帶式輸送機電氣節(jié)能的方法。通過對帶式輸送機煤流量的分析，結(jié)合變頻器的起動曲線和功率平衡控制方法。論文重點在于通過對帶式輸送機煤流量的分析，研究了帶速與運量的合理匹配對帶式輸送機的節(jié)能效果，根據(jù)不同的運量選擇合理的帶速，本文采用了視頻控制變頻調(diào)速技術(shù)的控制策略。最后用理論計算的方法驗證了節(jié)能效果，帶式輸送機電氣節(jié)能技術(shù)前景廣闊。
1、現(xiàn)狀分析
帶式輸送機是煤礦的主要運輸設(shè)備，由于開采條件和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的特殊性，無法保持帶式輸送機運煤量均勻，導(dǎo)致系統(tǒng)或單臺帶式輸送機在負載較輕或無負載的狀態(tài)下運行時間較長，不僅造成額定（或設(shè)定）轉(zhuǎn)速下運行的電能浪費，而且也使帶式輸送機傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動部件、膠帶形成無效磨損，同時縮短了設(shè)備使用壽命。
根據(jù)運輸環(huán)節(jié)條件和運輸量，雖定期進行了人工設(shè)定調(diào)速，但節(jié)能效果尚不明顯。近年多家科研院所對帶式輸送機節(jié)能進行了大量的研究，利用給煤機定量、電子稱稱重、紅外線等方式檢測運輸量，并通過變頻設(shè)備控制帶速實現(xiàn)節(jié)能， 但目前尚無有效、可靠的方案達到實時檢測運輸量變化、運輸量分布，并利用變頻設(shè)備真正實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)帶速的目的。另外，運輸帶式輸送機的開啟需要從末位皮帶依次啟動，當(dāng)整個生產(chǎn)線的皮帶整個啟動完成時，需要很長一段時間，在啟動的整個過程中，先啟動的皮帶一直處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)中，并且各個皮帶的啟動都需要安排工作人員進行。這種啟動方式因為皮帶空轉(zhuǎn)導(dǎo)致電能的浪費，同時加大了人力成本。
我們經(jīng)過長期的`工程實踐經(jīng)驗、現(xiàn)場觀察，總結(jié)出以下幾個問題：
�。�1）操作員不對皮帶進行手動調(diào)速；
�。�2）傳統(tǒng)逆煤流啟車，順煤流停車，也同樣造成了能源的浪費；
�。�3）集控系統(tǒng)不能自動根據(jù)煤量，進行動態(tài)調(diào)節(jié)；
�。�4）監(jiān)測傳感器的精度低，安裝位置的不合理性；
�。�5）電耗占比超過30%；
�。�6）設(shè)計冗余量過高大馬拉小車；
�。�7）變頻調(diào)速設(shè)備普及率不高；
�。�8）已有變頻受檢測手段制約；
�。�9）高速運轉(zhuǎn)時間過長加大皮帶磨損及輔助耗材的損耗。
2、核心思想
“視頻分析+工業(yè)控制”做到“預(yù)先報警與現(xiàn)場控制相結(jié)合、及時處置與事后查證相結(jié)合”，利用“傳感設(shè)備、智能分析設(shè)備、控制設(shè)備”形成一個智能化、多功能、全天候的動態(tài)綜合節(jié)能安全管理平臺。
3、智能視頻變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖
4、目標的實現(xiàn)
�。�1）對采用變頻器驅(qū)動的系統(tǒng)和可調(diào)速的系統(tǒng)，通過對控制系統(tǒng)的改造實現(xiàn)系統(tǒng)的速度自動調(diào)節(jié)，與煤流量形成閉環(huán)調(diào)節(jié)；
�。�2）控制流程工藝結(jié)合現(xiàn)有的驅(qū)動方式，建立數(shù)據(jù)控制模型，以降低系統(tǒng)能耗；
�。�3）各個控制站規(guī)劃到統(tǒng)一的控制網(wǎng)絡(luò)中；
�。�4）增加相應(yīng)傳感器，以提高系統(tǒng)整體控制精度，進一步節(jié)約能耗；
�。�5）可視化實現(xiàn)無人值守是用傳感器代替人員完成對系統(tǒng)的監(jiān)管；
（6）傳統(tǒng)工藝下的故障排查有專人負責(zé)，即使這樣，故障發(fā)生時，也需要一級一級的查找，通過故障指向的改造，可以在故障發(fā)生時，準確的將故障點提供給檢修人員；
�。�7）傳統(tǒng)的設(shè)備管理由人員記錄，定期維護，這樣就造成不必要的停機時間，設(shè)備壽命管理則可以代替人員，對設(shè)備監(jiān)理管理檔案，可提前計劃，提前報警；
�。�8）制定相應(yīng)的管理制度，使設(shè)備物盡其用，以減少浪費。
智能視頻分析系統(tǒng)通過開關(guān)量點、模擬量點接入控制系統(tǒng)，作為皮帶運輸系統(tǒng)啟停及延時啟停的必要條件。
5、智能視頻分析系統(tǒng)
采用智能視頻技術(shù)，充分利用計算機網(wǎng)絡(luò)和邏輯控制技術(shù)，實時實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)采集、加工集成應(yīng)用，提高企業(yè)資源和資金的利用效率，降低成本和費用，是當(dāng)今企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的一大方向。我們積極研發(fā)“煤礦安全生產(chǎn)視頻智能系統(tǒng)”，完成了斜井皮帶運輸在線安全監(jiān)控系統(tǒng)、帶式輸送機視頻分析控制系統(tǒng)，以及結(jié)合綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)主要生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點的安全生產(chǎn)視頻監(jiān)視和控制，并實現(xiàn)對安全生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能可視化管理。
在實現(xiàn)異物出現(xiàn)檢測的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對皮帶機尾是否有煤進行檢測報警。
6、實現(xiàn)的方法
在上游皮帶運輸機安裝攝像機，實時監(jiān)測煤流量的變化。通過算法根據(jù)設(shè)定的規(guī)則檢測設(shè)備發(fā)出信號給PLC控制主機，利用變頻器實時控制下游皮帶運輸機的電機轉(zhuǎn)速，進行調(diào)速。
算法中設(shè)定的規(guī)則可對各種工況的皮帶運輸機進行調(diào)速。如水煤混合、矸石混合、皮帶運輸機角度傾斜等。
在視頻中設(shè)定一個檢測區(qū)域，上游皮帶運輸機煤流經(jīng)過檢測區(qū)域流量發(fā)生變化時，根據(jù)設(shè)定的規(guī)則檢測設(shè)備發(fā)出信號給PLC控制主機，利用變頻設(shè)備控制電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)下游膠帶運輸機高、中、低、怠速四擋自動切換，達到調(diào)速節(jié)電的目的。同時檢測皮帶是否來料的狀態(tài)，啟停皮帶。
7、系統(tǒng)在線設(shè)備故障自檢
通過監(jiān)控主機對整個調(diào)速系統(tǒng)的所有前端設(shè)備進行實時監(jiān)測，當(dāng)任何一個部位的前端設(shè)備發(fā)生異�；虺霈F(xiàn)故障時，監(jiān)測控制設(shè)備及時的調(diào)轉(zhuǎn)到皮帶正常運行狀態(tài)，暫時性的隔離出調(diào)速系統(tǒng)，同時現(xiàn)場語音箱以語音的方式報警給現(xiàn)場巡檢人員并同步上傳至地面主機，提醒工作人員處理故障，當(dāng)故障處理完成，系統(tǒng)即可恢復(fù)到正常運行狀態(tài)。
8、安裝系統(tǒng)后的節(jié)能效果
某煤礦共安設(shè)了10部主運輸膠帶機，長達13000米�？偘惭b負荷為31060kW，運行負荷為21490kW，約占礦總負荷的36%左右。采取CST驅(qū)動的輸送機3部，變頻驅(qū)動的輸送機7部。
2015年12月測試前，該皮帶每日耗電22400度，以平均電價0。56元每度計算每日電費12，544元。
2016年5月，單條皮帶綜合節(jié)電率 17。8%，每天可節(jié)電3987度，節(jié)省電費2，233元。
�。�1）安裝系統(tǒng)后間接經(jīng)濟效益。10部主運輸膠帶機托輥總數(shù)35941個，單價238元/個，托輥延長壽命比為30%，高低速時間節(jié)能比18%。
每年托輥節(jié)省費用=35941*0。0238*0。3*0。18=46。19萬元。
煤礦運輸系統(tǒng)全線11777米，永久固定運輸線6650米。根據(jù)實際生產(chǎn)情況，膠帶使用壽命為7年，智能調(diào)速改造后膠帶減少運轉(zhuǎn)周期，可延長使用壽命2年。ST4000鋼絲繩芯膠帶1000元/米。
節(jié)省膠帶經(jīng)濟效益=6650*2*0。1÷7*2=380萬元。
�。�2）減人提效145萬元。運輸一隊現(xiàn)3個生產(chǎn)班，實現(xiàn)集控自動化后每班可減少6個崗位工人，每個工人工資福利200元/天，每月24天出勤，人員配比1。4。
減人提效經(jīng)濟效益=3*6*0。02*24*12*1。4=145萬元。
�。�3）社會經(jīng)濟效益。截至2016年底，據(jù)煤炭工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)通報，全國煤礦數(shù)量1。08萬處，其中年產(chǎn)120萬噸以上大型煤礦1050處，如全國推廣一年可減排標準煤1607萬噸、二氧化碳1420萬噸、二氧化硫71。76萬噸、氮氧化物51。53萬噸。
9、推廣前景
實現(xiàn)主煤流運輸系統(tǒng)自動化、集約化、高效節(jié)能的目標，提高礦井的安全生產(chǎn)管理水平。
變設(shè)備故障事后處理為超前預(yù)控，延長了設(shè)備的使用壽命，減少了事故發(fā)生的可能性。
杜絕人為誤操作帶來的安全傷害，降低了安全風(fēng)險。
為帶式輸送機運輸系統(tǒng)自動化、智能化運行開辟了新思路響應(yīng)了國家的節(jié)能降耗、綠色生產(chǎn)的號召，推廣應(yīng)用后效益可觀。
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