浅谈节能设备在矿山企业的应用

余丰收

摘 要 矿山企业的生产能源主要是依靠电力，电力系统的稳定对矿山的生产起着决定性的作用，目前“绿色、环保、节能”正在成为矿山用电的核心理念，因此，我们通过对电力中的电气节能的设计原则以及绿色照明等电气节能降耗技术的运用进行研究分析，用以指导矿山企业该如何从用电方面做到节能降耗，创造更多的经济效益。

关键词 变频调速;LED照明;节能降耗

引言

节能设备逐渐成为衡量新时代矿山的一种标准，目前节能设备有多种，比如变频调速设备、LED照明灯具、无功补偿等都可以实现节能的目的，企业需根据自身现场生产实际情况，来选用适合的节能设备。

1 电气节能降耗技术的实施和运用

1.1 变频器的应用

矿山企业风机及泵类设备较多，风机泵类设备属于流体设备类别，是典型的平方转矩负载，其主要特点是转矩与转速平方成正比，功率与转速立方成正比，同时此类设备的压力、流量不仅与设备结构相关还与负载和管路相关。老式的风机泵类设备节能方式就是使用挡风板或节流阀来控制风和液体的流量，但挡风板和节流阀在控制量的同时，对介质流通产生了一定的阻力，使风压或管路压力变大，克服阻力同样会引起电能的损耗，所以这种方式节能效果并不明显，但如果采用变频调速方式控制风机转速，在满足相同风量的情况下，根据n/T/P三者关系，功率会下降很多，下面以风机在不同条件下工作时风压、流量关系举例说明：

如图1所示：用阀门控制减小流量时要关小阀门，此时，管路阻力增大，管路特性曲线从1到2，风压从F1上升到F2，流量从Q1减小到Q2，风机的工作点从C1点移到C2点。

由于风机在其连接的管路系统中输送流量时，管路的流动阻力会随之变化，它所产生的全风压恰好等于该管路系统输送相同流量气体时所消耗的总压头，因此它们之间在能量供求关系上是处于平衡状态的，风机的风量功率特性曲线与管道系统的风量流动阻力特性曲线的交点即为风机的工作点[1]。

用变频调速控制时，可以改变风机的转速，而机械阀门开度不变，管路特性曲线也不变。风机的工作特性取决于转速，如果把转速降低，风机特性曲线将从3到4，风机工作工作点将从C1点转移到C3点，风压从F1下降到F3，流量从Q1也下降到Q2。

以上两种调节方式都可以把流量Q1调至Q2，但却得到两个不同的工作点C2和C3，对应两个不同的压力F2和F3，F2与F3的壓力差值为多余压力，会造成不必要功率消耗，而用变频调速控制时，根据风机风量、风压及功率的比例关系，改变风机的转速n，可使风机的流量Q、风压F和功率P都随之相应的改变，其关系式为：

Q/Qb=n/nb

F/Fb=（n/nb）?

P/Pb=（n/nb）?

式中nb、Qb、Fb、Pb分别是条件改变后的风机的转速、风量、风压、功率。由以上关系可以看出，改变风机的转速，就可以改变风机对应的风量、风压及所耗功率，可以满足风量系统的要求。风机消耗的功率是按照三次方的关系下降的，节能效果较为明显。而且由于风机的效率随转速变化不是很大，当转速变化的范围在20%左右时，可以不考虑效率的变化。因此，采用变频调速法能够很好地实现节能的目的。

实例：

中国黄金集团内蒙古矿业有限公司原三系列鼓风机系统为2000kW 10kV高压电动机直接拖动离心式风机工作，通过控制风阀门开关度来控制风量及风压，在日常工作中，阀门开度为30%～35%方能满足生产需要，电动机电流运行时维持在96A左右。

工频状态下对鼓风机半个月电量进行周期采样：

三系列鼓风机系统现已改造，增加一台高压变频器，在日常工作中，阀门开度100%，电机运行电流为45A左右。

变频状态下对鼓风机半个月电量进行周期采样：

由上表可得鼓风机单日耗电量平均值约为20400KWh。比工频状态下降低6500KWh。按照工业用电每KWh 0.45元计算，每日节约电费约2925元

通过数据对比，变频调速从各个方面都优于阀门调速，首先节电效果显著，其次降低机械磨损，减小设备的维护量，再次电机运行电流降低，提高了电机工作寿命，而且变频器还具有精度高、功能丰富、保护齐全、可靠性高、操作简便等优点，变频调速可以说是节能、降耗、优质、高产的理想设备[2]。

1.2 绿色节能型照明

由于矿山需要全天候生产作业，很多工艺环节都需要岗位人员用肉眼去观察，所以需要照明系统保持良好的工作状态，亮度充足、持久耐用才能满足生产需要，目前大部分照明系统的灯具都以高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯为主，这些灯具大部分的耗电变成热量损耗，连续工作的高热量会使灯泡及电气元件容易损坏，导致更换灯泡频繁。相比之下，LED灯具有发光效率高、耗电量低、使用寿命长、可靠性强等优势，LED灯正在逐步进入矿山，取代老式照明灯具。

在同等功率下四种灯具数据比对：

从表3数据可以看出，同等条件下，只有高压钠灯的发光效率高于LED灯，但是，高压钠灯的光谱比较集中于黄色，它的色温比较低只有2000～2500K，而LED的色温较高，可以达到3500～4500以上。另外高压钠灯的光线是向四处发射的，有很大一部分光无法到达地面，还有，高压钠灯的显色指数差，只有20到40，感觉昏暗，而LED的显色指数较高，可以达到75～80，地面亮度较高，感觉舒适，所以从实际的发光效果来看，LED反而可以比高压钠灯高出很多，根据灯具照射距离，选择合适的发光角度，使用70W的LED灯具就可以取代250W的高压钠灯，70W的LED灯具，其输出光通量大约有6250Lm（经过二次光学设计，会有所损失），照射到地面时的光通量为6000Lm，250W高压钠灯的输出光通量为20000Lm，但到达地面就只有不到7000Lm。由于显色系数的差别，LED的照度修正系数为2.35倍，高压钠灯的修正系数为0.94倍。所以，70W的LED可以取代250W的高压钠灯，理论可节约近4倍电能，除高压钠灯以外，其他的灯具对于LED灯具都没有可比性，LED灯具从各个方面都优于其他灯具[3]。

2 电气节能改造技术的意义

矿山企业可以根据自己实际情况进行电气节能改造，使企业完成节能降耗目标，在选用节能设备的时候，要对其性能效果从经济、技术上进行比较，选择最适合现场生产的设备，提高设备效率，使生产成本最小化，真正达到有效节能的目的。

参考文献

[1] 王冬梅，沈高明.矿山改造工程过程中电气节能降耗技术的运用[J].科技与企业，2012，（11）：144.

[2] 茅于海. LED 路灯技术真的不成熟吗？[EB/OL].https：//www.alighting.cn/News/2008123/V18128.htm，2008-12-03.

[3] 叶亚兰，江文豪，韦红旗.Economic Analysis of Centrifugal Fan Regulation Mode%离心风机调节方式改造的节能分析[J].电力与能源，2018，39（2）：276-279，291.

作者简介

余丰收（1986—），男，辽宁海城人，工程师，就职于中国黄金团内蒙古矿业有限公司，主要从事电气维护维修工作。