兖州矿区节能降耗效果好

能降耗，顾名思义就是要节约能源消费、降低消耗标准。从经济的角度看，节能降耗的要求是通过合理利用、科学管理、技术进步和经济结构合理化等途径，以zui少的能源消耗获取zui大的经济效益，即加强用能管理，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。

    几年来，兖州矿业（集团）有限责任公司及其下属各矿对以前在节能降耗方面存在的问题进行认真分析，进一步建立健全有利于节能降耗的体制机制，积极应用当前已有的适用新技术，并与有关单位共同开展了科技攻关，取得了良好的节能降耗效果，对国内同行具有相当的参考价值。现将兖州矿区在这方面所做工作在此做一简单介绍。

    1）东滩矿控制能耗降低成本有成果

    煤炭成本的高低影响到煤炭企业的竞争实力，而能源消耗和材料消耗是影响煤炭企业成本的重要因素，故研究能源消耗情况以降低产品能耗，同样具有十分重要的社会意义和经济意义。为此，山东科技大学和兖州矿业（集团）公司东滩煤矿合作，运用企业节能和企业能量平衡的概念，研究了煤炭企业节能计划的制定和能耗控制的方法，开发出了“煤炭企业能耗控制决策支持系统”，并取得了实际应用。

    企业能耗包括的范围比较广，如电能消耗、热能消耗、煤气消耗和水量消耗等。节能不能简单地理解为不用能源或者少用能源，而是要充分有效地发挥能源的作用，在保证正常生产的前提下，使单位产品的能耗降低或者使用同样多的能源生产出更多符合要求的产品来。基于上述思想，能耗控制就是运用系统科学的理论（信息论、系统论和控制论），对企业在生产过程中的产品能耗进行分析、计算、比较，在此基础上提出能耗要达到的目标，并运用一定的管理手段实现这一目标的过程。

    此项课题的研究中，他们将能耗的控制分为前馈控制（事前控制）、现场控制（事中控制）和反馈控制（事后控制）三类：预测用能数量、制定节能计划与能耗定额属于前馈控制（事前控制）在计划执行过程中，运用现场控制方式及时解决出现的问题，以保证计划的正常进行为现场控制（事中控制）在一段时间后，检查计划的执行是否有偏差，分析偏差产生的原因，进而修订节能计划属于反馈控制（事后控制）。无论采用哪种控制方式，关键都是要确定合理的能耗定额水平和建立有效的组织保障体系。

    课题组开发了煤炭企业能耗控制决策支持系统，并应用此软件对东滩煤矿的能耗控制进行了电能平衡分析、节电计划制定和电耗控制设计，受到现场的好评。以电能消耗为例，通过电能平衡可看出原煤生产和选煤是耗电大户，而提升用电又占原煤生产用电约三分之一，需要加大对其控制力度；该矿历年耗电有下降趋势，但实际单产耗电比计划节能单耗高，需加强管理才能落实节能计划。

    2）加强用电管理，降低电能损耗

    电费作为企业生产成本，直接影响企业经济利益。兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿对用电情况加以分析，从中找出不合理的用电因素，加强用电管理，合理节约用电，制订行之有效的控制措施来减少不必要的电费支出。
该矿的电费包括基本电费、电度电费和力调电费。基本电费只由主变压器的安装容量决定，属于固定费用。电度电费和力调电费属于变动费用，管理是否到位、用电时间有无避峰填谷、矿井供电系统功率因数的高低都是影响电费支出的主要因素。对此，他们有针对性的采取了降低电费成本措施：加强用点管理，强化用电考核；削峰填谷，合理安排生产班次；增添和改造无功补偿装置；积极推广节能型设备；提倡节约用电，减少电能浪费。

    矿井主排水和采区排水规定了开泵时间，合理地安排在用电谷期和平期，减少峰期用电量。为提高供电系统的功率因数，110kV变电所6kV供电系统设有无功功率补偿装置。主井电动机功率达到5400kW，为提高其功率因数，在主井装有6kV无功功率就地补偿装置。通过以上两地点的无功功率补偿装置对矿井6kV供电系统进行补偿，保证该矿用电负荷的功率因数在0.9以上。利用无功就地补偿、无功自动补偿和无功动态补偿技术对供电系统进行就地补偿和集中补偿合理配置，降低了电能损耗。当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，有功损耗降低20%～40%，能很好的节约电能支出。

    该矿用电设备很大一部分是90年代初选型的。从2003年开始把全矿13台淘汰型变压器全部更换为节能型变压器。电动机、风机、水泵也是消耗电能的主要电器设备，近几年通过推广变频调速技术和新型电动机，提高电动机使用效率，从设计选型把关，推广节能风机、水泵、电热设备、照明器具等，淘汰一批高耗低效设备。

    3）井巷通风系统节能有措施

    近几年来，兖州矿业（集团）公司北宿煤矿应用系统工程的思想和方法，从整体及优化的观点出发，综合分析了影响矿山井巷通风能耗的因素，总结出了通风系统节能的基本措施。井巷通风系统节能的目的是在满足各个用风地点所需要风量的前提下，通过对井巷系统结构、风阻及各个用风地点风量分配的经济、合理调节，达到能耗zui低的效果。

    他们认为可以实现的措施有以下几条：

    ①降低关键线路上某些分支的风阻（缩短长度、扩大断面、清除局部阻力），不仅可以降低主要通风2机的工作风阻、增加风量，而且可以获得比较好的经济效益。例如，淮南矿区谢二煤矿有一个主扇风硐长度为50m，有5个直角转弯，而且断面比较小，通风阻力高达1120Pa。他们采取了新开1条7m长斜风硐的措施以后，阻力降低了550Pa，矿井风量增加了450m3/min，工程投资约为1500元，但是每年可以节电3.7万元。

    进回风网存在角联，而且进风网中的角联巷道风流是由关键线路至非zui大阻力线路上的用风地点；回风网中有非关键线路上的风流流至关键线路上。当通风网路中具备这种条件的时候，可以采用减小并联分支的风阻、分流关键线路风量的方法来降低通风阻力，或者采用增大角联巷道风阻的方法来减少关键线路上某些分支的风量，zui终达到系统能耗降低。

    ③改变用风分支的布局和风网结构，达到降阻节能的目的。例如，充分地利用废弃巷道增加风路或者通过其改变已有分支的联结方式；合理布置采掘工作面，使矿井两翼和不同采区之间的配风尽可能地接近于自然分风，减少增阻调风量。北宿煤矿二水平投产初期，充分利用一水平已采区域原有的上山进行分流降阻，既确保了按需供风，又使矿井的通风阻力降低120Pa。
   
    4）局部通风安全节能监控装置诞生

    北京京桂科技开发中心、华兴电子技术产业发展公司和兖州矿业（集团）公司北宿煤矿、阳泉煤业（集团）公司共同研制的KJH2型局部通风安全节能监控装置，是集节能和监控为一体的局部通风机变频装置，不仅可以就地检测控制，还能够与全矿井的监测系统并网实现地面监控，经测试其节电率均达到30%～40%，起到了良好的安全、节能作用。

    KJH2型局部通风安全节能监控装置与变频器配合使用，其安全节能作用体现在正常供风和排放瓦斯的整个过程。这个装置主要包括风电瓦斯闭锁和变频调速两个部分。风电瓦斯闭锁装置是由3个瓦斯传感器和1个主机监控箱组成的，其工作原理和功能都优于目前国内的各种风电瓦斯闭锁装置。变频调速装置与1台电源切换器结合使用，若变频器发生故障会立即将其切除并自动投入共频电源，使风机继续运转。该装置接通电源以后，除了可以监测瓦斯浓度和超*报警、切断并闭锁动力电源外，还可以根据瓦斯浓度的变化情况自动控制风机的转速。

    正常状态时，在满足掘进工作面人员用风量的前提下，瓦斯的浓度增加，局部通风机的转速也会上升，造成供风量的加大，从而使瓦斯的含量降低，转速亦随之下降，局部通风机的转速随着瓦斯浓度的增减呈反比例升降运转；当瓦斯的浓度超过了报警点（1%CH4）达到或者超过1.5% CH4时，主机立即切断并闭锁供风区域的动力电源，同时局部通风机转入排放瓦斯状态运转，随着瓦斯浓度的增加，局部通风机的转速反而下降，瓦斯浓度减少时转速上升，呈反函数运转。随着掘进工作面的推进，使用变频器可以阶段性地控制风量，亦可达到满意的节能效果。

    5）70B2风机节能技术改造

    兖州矿业（集团）公司南屯煤矿为中央并列抽出式通风系统，主扇风机为70B2-21№28型轴流式风机。这类风机适用于小等积孔、高负压的矿井，只有矿井负压3200Pa以上才能进入区运转。南屯矿属于低负压大风量大等积孔的通风矿井，加之风机流道风流摩擦阻力损失，造成风机运行极不合理，为此进行了节能技术改造，并取得了明显的效益。

    改造中应注意的问题如下：①风叶强度。扭曲叶片板厚为3mm，与原直板风叶厚度相同，新老风叶支杆直径相同，材质均为45#钢，故不再进行强度计算，扭曲风叶支杆均进行探伤。②静动平衡。风机运转平衡是十分重要的，改后应保持原静动平衡。拆装风叶时，对原风叶及新安装扭曲风叶应称重匹配，使对边的新老风叶差重相等。③保证中导叶焊缝质量。切割老中导叶时，原则上切割2片新焊1片，不得连续切去多片，以避免变形。对风机采用不揭盖施工。④中导叶进风角及扭曲叶片安装角应准确，各片安装角角度要一致。⑤诶保证单机运转时间短，改造时采取昼夜施工，总耗时36h。⑥为保证被改造风机仍处于备用状态，一旦运行风机在改造期间发生故障，被改造风机在10min内能启动运行，风量不低于80%。施工中采取以下步骤：先拆下*级风叶，称重，新风叶匹配好，对应编号；改装中导叶；按编号匹配好的扭曲风叶装*级；拆第二级风叶，称重，编号，匹配扭曲风叶；装第二级扭曲风叶。2台风机改造后，风量分别提高了862～1225m3/h，负压提高217～280Pa，全效率由40.60%和35.57%提高到59.60%和51.44%，年节电157.4万kW·h和161.33万kW·h。

    6）变频器在风机和水泵应用中的节能分析

    目前，国内外的许多电力拖动场合已经将矢量控制的变频器广泛地应用于各种行业中的交流电动机无级调速，不仅自动调速的精度越来越高，而且取得了相当明显的节能效果。zui近，兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿对此进行了研究分析与实际应用。风机、水泵类负载为平方转矩负载，控制要求比较简单，与之相应的变频器价格也比较低，但是其节能效果却特别明显。

    ① 采用变频器对风机进行控制。这是属于减少空气动力的一种节电方法。它和一般常用的调节风门控制风量的方法相比较，具有明显的节电效果。由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，而风压与转速的平方成正比，但轴功率与转速的三次方成正比。采用变频器进行调速的方法，当风量下降到原先80%的时候，转速也随之下降到了80%，而轴功率却已经下降到了额定功率的51.2%；如果风量下降到了原先的60%，轴功率可以更大幅度地下降到额定功率的21.6%，当然还需要考虑到由于转速降低引起的效率下降以及附加控制装置的效率影响等。即使这样，这个节能的数字也是很可观的，因此在装有风机和水泵的机械中，采用转速控制的方式来调节风机的风量或者水泵的流量，其节能的效果必定是非常显著的。

    采用变频器对水泵进行控制。与采用变频器对风机进行控制的节能原理相同，水泵电动机的输出功率与其转速成正比。利用变频器进行调速的时候，水泵的流量下降，此时可以保持恒压；当转速下降至额定转速80%的时候，轴功率也已经大幅度地下降到了额定功率的51.2%，当然流量也有下降；如果使扬程保持恒定不变，可以使转速下降到额定转速的70%，这个时候的轴功率是额定功率的34.3%，可以节能65.7%，所以经济效益是十分明显的。

    7）冻结站节能优化设计   
     
    兖州矿业（集团）公司冻结施工工程处在调查目前国内冻结站能耗情况的基础上，提出了基于节能的优化设计思想和方法，建立了适合现场实际的优化设计模型，并开发了冻结站运行过程的计算机辅助监控系统。冻结法凿井属高耗能技术，冻结过程中要耗费大量的电能及水资源。长期以来，由于人们在设计、操作中忽视了节能问题，仅仅在电能方面的浪费就相当严重。调查发现，如果在设计、运行中采取有效的措施，平均可节电40%以上。

    某些传统的设计方法、设计模型及设计参数不符合现场实际，是造成冻结站耗电严重的原因之一。地表部分的低温管路和设备通常暴露在室外，且盐水的温度与外界的温差一般在30～40℃，冷量损耗较大。一般情况下，低温系统的总冷量损失量约占总负荷10%～25%左右。为了降低总冷量损失量，应根据具体情况考虑以下约束条件：盐水温度和流量满足要求；管径、长度、价格取值范围及其它建筑要求；场地限制等。从节能角度来说，制冷系统的制冷系数越大越好，若以节能作为设计的优化目标，则会得到所设计系统的热交换设备越大越好的结论，这在实际上是不经济的，因此实际设计时，应把制冷系统的总费用作为系统设计的优化设计目标函数。采用较大的热交换设备和较贵的压缩机节能，则平常费用低，但初期投资大。设计变量和常量有制冷剂循环效率、蒸发温度、冷凝温度、中间温度、制冷压缩机、水泵、台数、容量以及管路管径等。实际优化设计时，应根据设计冻结站的实际情况先确定大部分参数作为常量，选用较少的参数作为变量。利用微机进行科学监控管理是冻结站节能的重要方向，对于整个冻结站的监控还处于刚起步的阶段。

    8）发电厂用电动机的节能运行   

    针对选型较早、运行年限较长的发电厂采用异步电动机及负载在运行中暴露出来的能耗大、负载调节误差大及故障率比较高等问题，兖州矿业（集团）公司南屯煤矿煤矸石热电厂对其进行了研究以后，决定对厂用电动机的运行引用变频器和软启动器控制技术进行改造，以实现负载的平滑启动和调节，提高了运行的稳定性、降低了设备的故障率，减少了能源的损失。

    变频器和软启动器本身均设有可靠的保护、检测功能及控制器的微计算机监视功能，保证了设备的稳定运行；特别是变频控制器的使用，使得运行中的监视更加全面、直观，控制更加方便。而且，软启动器在启动和运行时，控制器的微计算机可检测到出现的启动、失速、温度及线路故障，自动实行断电保护功能。采用变频器和软启动器控制技术后，启动大功率的厂用电动机时，无需并列厂用变压器，而且电压波动控制在3%~7%Un的允许范围内，不会对厂用电网造成电压冲击，同时也减少了操作步骤。电动机实行软启动器控制和变频器的平滑调节，减少了运行人员的工作量与参数调节的滞后性，使设备的运行工况得到了很大的改善，延长了锅炉的运行周期。

    这个厂的实践表明：电动机采用变频控制以后，不仅极大地提高了设备的运行效率，还显著地节约了厂用电量。根据改造前后的统计数据，引风机的电动机采用变频器控制后，电动机的电流下降了130A，平均输出功率下降了70kW以上；给水泵应用变频器控制后，电动机的平均输出功率降低了80kW，而且消除了节流损失，济宁市能源监测部门测量其效率达到94%。按照全年运行7500h计算，3台引风机和1台给水泵的电动机每年可以节约电量210万kW·h，一年之内便可收回全部投资，效益非常显著。

    9）发电厂锅炉引风机变频调速节约电能

    锅炉引风机是发电厂的主要负荷之一，属于耗电大户，素有“电老虎”之称。在煤炭自备电厂中，仅引风机的耗电量就占到全厂用电量的25%左右。同时，为了维护锅炉膛的负压及正常燃烧，人们通常采用传统的手动调节引风机风门挡板的方式进行风量调节，这样会给生产造成很多问题，从而危及锅炉的安全稳定运行。近年来，南屯煤矿矸石热电厂与山东矿业学院济南分院科技开发公司合作，在锅炉引风机上应用变频调速技术后，使上述这个困扰多年的问题终于得到了解决。

    南屯煤矿矸石热电厂于1998年5月对1#炉的引风机安装了变频调速控制系统，由于不再需要调节风门，故将风门的挡板拆除，不但*消除了节流损失，节约了大量的电能，而且大大降低了引风机的故障率，减少了压火停炉的次数，维持了锅炉运行的稳定。在正常情况下，变频器运行在“自动”工作方式，实时跟踪炉膛的负压，自动调节电机的转速，保持炉膛负压稳定在设定值上，减轻了运行人员的劳动强度。

    实践表明：控制器操作简便，运行方式灵活，运行参数变化一目了然。引风机启动时，由于频率能够手动或自动调整，因此不仅不会对供电电网造成冲击，同时还能够使开关设备的故障率大为减少，延长了开关电器的使用寿命，减少了设备的维护工作量。为了将炉膛的负压设定值稳定地维持在-20Pa（正常范围为0~-50Pa），将电机运行频率调整到较佳的36~38Hz，此时电机输出功率在80kW左右，一年就可以节约电能为50万kWh，年节约效益达到20万元，变频器的全部投资费用可在1~2年内*回收。

    8）提高锅炉节能及除尘效率    

    兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿工业广场锅炉房的4台蒸汽锅炉故障比较多，炉热效率低于67%，炉渣含碳量高于20%，林格曼黑度达到三级以上。为此，对其进行了综合改造，保障了锅炉的安全运行，抑制了环境污染，改善了劳动条件，节煤节电均在10%以上。

    ⑴锅炉前拱及给煤装置改造。此项改造完成以后，锅炉燃烧稳定、火力强、升压快，负荷率及热效率分别提高到98%和74.3%，还减少了烟尘的排放量。

    ⑵除渣室综合治理。除渣室是锅炉房环境zui差的场所，其污染的原因主要是漏风和除渣。

    ①漏风治理。除渣漏斗和细灰漏斗是锅炉房极易漏风的设施，不但增加了过量的空气系数、降低了锅炉的出力，而且还浪费能源、污染环境。原先设计的除渣漏斗为A3钢金属箍形结构，因高温膨胀导致变形开焊，每年均要整修多次，现在改用耐火砖砌筑；细灰管原来有Φ159mm的钢管，容易堵塞，出渣的时候经常开口处理，现在改为Φ300mm钢管，并且加设管道泵，用高压冲刷细灰。

    ②除渣机改造。原来设计的马丁除渣机对劣质煤的适应性比较差，后来改用刮板输送机。该输送机功率大、链速比较快，但是刮渣的能力小，咬链、磨损等现象经常发生，因此又更换了驱动部件，使得除渣室的环境有了根本的好转。

    ⑶完善除尘设施。原先配备的水膜除尘器，文丘里不锈钢喷嘴经常堵塞，处理困难；除尘泵的金属盘根每天都要更换。其直接原因是沉淀池的容积太小，水中的灰渣来不及沉淀，又无捞灰设备，便使循环水变成了泥浆水。为此，将沉淀池扩大，配置了捞渣机，并且加强了运行管理，水的能见度可以达到200mm，除尘脱硫效率大为提高。经过环保部门的测定，烟尘的排放浓度符合国家规定标准，林格曼黑度达到一级。

    11）调速技术在泵站节能中应用的研究   

    zui近，兖州矿业（集团）公司机械设备制造厂开展了调速技术在泵站节能中应用的研究，并且得出了*转速与净扬程之间的数学模型。从泵的性能曲线可知，泵工作在设计点时的效率为zui高。随着泵的扬程偏离（增加或者减少）设计点，泵的效率均降低，扬程偏离设计点越多则效率降低得越多。在泵的实际运行过程中，由于进水水位及出水水压的不断变化，泵的扬程也在不断地变化，使得泵很难在区运行，大部分时间总是在低效区运行。因此，必须对泵进行调速，才能保证泵的长期运行。从流体力学可知，两个液流要*力学相似则必须满足几何相似、运动相似和动力相似，而调速刚好能够满足着三个条件。因此，调速以前的工况与调速以后的工况为相似工况，它们的效率相等。假如该泵调速之前运行在设计点，调速之后运行在工况点，即使同一台泵处于不同的扬程中，由于转速改变了，所以也都能够运行在zui率点。

    通过对电磁调速、液力偶合器调速、变极调速、变频调速、传统串级调速和内反馈串级调速6类现有调速技术的比较，他们认为效率高、节能效果好的调速技术为变频调速和内反馈串级调速。但是，对于高压电动机来说，进口高压变频器价格昂贵，国产技术不成熟，从*性价比看，高电压大流量的水泵调速节能采用内反馈串级调速技术。由于进水压力及出水压力的波动，水泵的净扬程也在波动。要它运行在zui率点，则其转速也应该随着扬程的变化而变化。根据水泵的比例定律，水泵的工作参数与转速有以下关系：Q1/ Q2=n1/n2，H1/H2=（n1/n2）2。为了便于闭环自动控制，此项研究还得出了净扬程H与*转速n的数学模型关系:n=K·H1/2。

    12）碳化硅节能炉拱的应用 

    兖州矿业（集团）公司唐村煤矿利用碳化硅节能炉拱改造技术对KZL4-13型蒸汽锅炉进行了节能改造后，炉渣含碳量由38.91%下降到23.04%，锅炉出力由2.68%t/h提高到3.02t/h，平均燃煤由0.58t/h减少到0.432t/h，锅炉热效率由59.9%提高到66.65%。

    以前他们一般都用普通黏土质炉拱砌筑，耐火度低（软化温度为1300℃左右），结焦现象严重，亦不适合该矿的煤种。碳化硅新型耐火材料具有较高的硬度和热强度以及较低的热膨胀系数（软化温度为1800℃、荷重软化温度为1700℃），不易烧毁。从外观看，改造前的炉渣都需进行回烧，现在的炉渣基本都是灰黄色。新拱表面光滑不易挂焦，即使有少量挂焦也易清除，解决了炉膛两侧因挂焦堆积燃煤的现象，延长了炉排的寿命。