煤矿带式输煤系统节能技术探讨

2018-01-19郝弘毅白燕清

科技创新与应用 2018年2期

郝弘毅+白燕清

摘要：文章针对目前煤炭企业皮带输煤系统中经常处于“大马拉小车”的状态，存在电能浪费的问题，提出相应的策略，已达到节约电能、增收的目的。

关键词：视频节能；自动化控制；变频器；节能环保

中图分类号：TD528 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）02-0042-02

Abstract： In view of the problem that the coal belt conveyance system of coal enterprises is often in the state of "pulling small cars"， the paper puts forward the corresponding strategy， which has achieved the purpose of saving electric energy and increasing revenue.

Keywords： video energy saving； automatic control； frequency converter； energy saving and environmental protection

引言

在煤炭行业，带式输送机已经成为主要的生产运输设备。为了满足企业的生产需要和扩大规模等问题，带式输送机在驱动电机的选择上都会留有较大的冗余度。由于煤矿开采的不均衡性，输送机的运量不能保持稳定，导致带式输送机运量不足，经常处于“大马拉小车”的状态。带式输送机一般都是以固定速度运行，所以带式输送机驱动电机做功效率就会降低，耗费大量电能，增加企业的生产成本。降低带式输送机的生产电耗已经成为企业迫切需要解决的问题，引起了许多工程技术人员的关注。

本文根据煤矿企业煤炭生产的实际情况，探讨带式输送机电气节能的方法。通过对带式输送机煤流量的分析，结合变频器的起动曲线和功率平衡控制方法。论文重点在于通过对带式输送机煤流量的分析，研究了带速与运量的合理匹配对带式输送机的节能效果，根据不同的运量选择合理的带速，本文采用了视频控制变频调速技术的控制策略。最后用理论计算的方法验证了节能效果，带式输送机电气节能技术前景广阔。

1 现状分析

带式输送机是煤矿的主要运输设备，由于开采条件和生产环节的特殊性，无法保持带式输送机运煤量均匀，导致系统或单台带式输送机在负载较轻或无负载的状态下运行时间较长，不仅造成额定（或设定）转速下运行的电能浪费，而且也使带式输送机传动系统、转动部件、胶带形成无效磨损，同时缩短了设备使用寿命。

根据运输环节条件和运输量，虽定期进行了人工设定调速，但节能效果尚不明显。近年多家科研院所对带式输送机节能进行了大量的研究，利用给煤机定量、电子称称重、红外线等方式检测运输量，并通过变频设备控制带速实现节能，但目前尚无有效、可靠的方案达到实时检测运输量变化、运输量分布，并利用变频设备真正实现智能调节带速的目的。另外，运输带式输送机的开启需要从末位皮带依次启动，当整个生产线的皮带整个启动完成时，需要很长一段时间，在启动的整个过程中，先启动的皮带一直处于空转状态中，并且各个皮带的启动都需要安排工作人员进行。这种启动方式因为皮带空转导致电能的浪费，同时加大了人力成本。

我們经过长期的工程实践经验、现场观察，总结出以下几个问题：（1）操作员不对皮带进行手动调速；（2）传统逆煤流启车，顺煤流停车，也同样造成了能源的浪费；（3）集控系统不能自动根据煤量，进行动态调节；（4）监测传感器的精度低，安装位置的不合理性；（5）电耗占比超过30%；（6）设计冗余量过高大马拉小车；（7）变频调速设备普及率不高；（8）已有变频受检测手段制约；（9）高速运转时间过长加大皮带磨损及辅助耗材的损耗。

2 核心思想

“视频分析+工业控制”做到“预先报警与现场控制相结合、及时处置与事后查证相结合”，利用“传感设备、智能分析设备、控制设备”形成一个智能化、多功能、全天候的动态综合节能安全管理平台。

3 智能视频变频调速系统原理图

4 目标的实现

（1）对采用变频器驱动的系统和可调速的系统，通过对控制系统的改造实现系统的速度自动调节，与煤流量形成闭环调节；（2）控制流程工艺结合现有的驱动方式，建立数据控制模型，以降低系统能耗；（3）各个控制站规划到统一的控制网络中；（4）增加相应传感器，以提高系统整体控制精度，进一步节约能耗；（5）可视化实现无人值守是用传感器代替人员完成对系统的监管；（6）传统工艺下的故障排查有专人负责，即使这样，故障发生时，也需要一级一级的查找，通过故障指向的改造，可以在故障发生时，准确的将故障点提供给检修人员；（7）传统的设备管理由人员记录，定期维护，这样就造成不必要的停机时间，设备寿命管理则可以代替人员，对设备监理管理档案，可提前计划，提前报警；（8）制定相应的管理制度，使设备物尽其用，以减少浪费。

智能视频分析系统通过开关量点、模拟量点接入控制系统，作为皮带运输系统启停及延时启停的必要条件。

5 智能视频分析系统

采用智能视频技术，充分利用计算机网络和逻辑控制技术，实时实现信息数据采集、加工集成应用，提高企业资源和资金的利用效率，降低成本和费用，是当今企业创新发展的一大方向。我们积极研发“煤矿安全生产视频智能系统”，完成了斜井皮带运输在线安全监控系统、带式输送机视频分析控制系统，以及结合综合自动化系统，实现主要生产系统关键节点的安全生产视频监视和控制，并实现对安全生产关键环节的智能可视化管理。

在实现异物出现检测的基础上，实现对皮带机尾是否有煤进行检测报警。

6 实现的方法endprint

在上游皮带运输机安装摄像机，实时监测煤流量的变化。通过算法根据设定的规则检测设备发出信号给PLC控制主机，利用变频器实时控制下游皮带运输机的电机转速，进行调速。

算法中设定的规则可对各种工况的皮带运输机进行调速。如水煤混合、矸石混合、皮带运输机角度倾斜等。

在视频中设定一个检测区域，上游皮带运输机煤流经过检测区域流量发生变化时，根据设定的规则检测设备发出信号给PLC控制主机，利用变频设备控制电机转速实现下游胶带运输机高、中、低、怠速四挡自动切换，达到调速节电的目的。同时检测皮带是否来料的状态，启停皮带。

7 系统在线设备故障自检

通过监控主机对整个调速系统的所有前端设备进行实时监测，当任何一个部位的前端设备发生异常或出现故障时，监测控制设备及时的调转到皮带正常运行状态，暂时性的隔离出调速系统，同时现场语音箱以语音的方式报警给现场巡检人员并同步上传至地面主机，提醒工作人员处理故障，当故障处理完成，系统即可恢复到正常运行状态。

8 安装系统后的节能效果

某煤矿共安设了10部主运输胶带机，长达13000米。总安装负荷为31060kW，运行负荷为21490kW，约占矿总负荷的36%左右。采取CST驱动的输送机3部，变频驱动的输送机7部。

2015年12月测试前，该皮带每日耗电22400度，以平均电价0.56元每度计算每日电费12，544元。

2016年5月，单条皮带综合节电率 17.8%，每天可节电3987度，节省电费2，233元。

（1）安装系统后间接经济效益。10部主运输胶带机托辊总数35941个，单价238元/个，托辊延长寿命比为30%，高低速时间节能比18%。