Вентиляторы проветривания шахт: снижение энергопотребления

Иванцов В.В., к.т.н., доцент, заместитель генерального директора ЗАО "ЭРАСИБ" (май 2011 года)

ЗАО «ЭРАСИБ» (РФ, г. Новосибирск) предлагает модернизировать вентиляционные установки (ВУ) главного и вспомогательного проветривания шахт с целью снижения энергопотребления, повышения надежности и качества электроснабжения.

Традиционно пуск ВУ осуществляется за счет прямого пуска высоковольтного электродвигателя от сети 6 кВ 50 Гц при закрытых лопатках направляющего аппарата (НА), который сопровождается большими ударными механическими нагрузками на элементы электродвигателя и ВУ, вызывающими ускоренное старение и поломки оборудования. В питающей сети и обмотках двигателя протекают 5-7 кратные пусковые токи, которые вызывают просадки напряжения сети и срывают нормальную работу других потребителей.

После завершения пуска производится повышение производительности вентиляционной установки изменением угла поворота лопаток НА. При необходимости снижения производительности ВУ в процессе работы производится изменение угла поворота лопаток НА, снижающее его пропускную способность. Такой способ регулирования производительности ВУ сопровождается повышенными затратами электроэнергии из-за снижения КПД установки при уменьшении ее производительности.

Энергоэффективным способом регулирования производительности ВУ является регулирование оборотов приводного вала при полностью открытом НА. Экономия электроэнергии иллюстрируется данными Таблицы 1, где приведены усредненные для широкого ряда ВУ зависимости мощности на валу приводного электродвигателя (Р) от производительности ВУ (Q) при регулировании последней за счет изменения угла наклона лопаток НА (Р_на) и изменением оборотов приводного вала (Р_об). Зависимости приведены в относительных единицах, где базовыми величинами выбраны номинальная производительность ВУ (Q_н) и мощность на валу электродвигателя (Р_н) при номинальной производительности Q_н.

Таблица 1

Анализ данных Таблицы 1 показывает значительное снижение мощности на валу приводного двигателя при переходе с регулирования производительности изменением поворота лопаток НА на регулирование производительности изменением оборотов вала ВУ, что свидетельствует о соответствующем существенном снижении энергопотребления ВУ. Например, при снижении производительности до 80% номинальной экономия электроэнергии при переходе на регулирование оборотов ВУ составит 20%, а при производительности 60% переход на регулирование оборотов позволит дополнительно экономить 30% электроэнергии.

С целью снижения энергопотребления и повышения качества электроснабжения предлагается модернизировать вентиляционные установки (ВУ) за счет применения высоковольтного частотно-регулируемого электропривода (ЧРЭП) с преобразователями частоты типа «ЭРАТОН-ВНВ» и «ЭРАТОН-В» производства ЗАО «ЭРАСИБ», которые устанавливаются между цепью статора электродвигателей и питающей сетью и обеспечивают плавный пуск и регулирование производительности ВУ за счет частотного регулирования оборотов электродвигателей. На рис. 1 показана однолинейная схема привода ВУ до модернизации (а) и после (б).

Рис. 1. Однолинейная структурная схема электропривода ВУ до модернизации (а) и после (б)

Ниже приведены данные о экономическом эффекте и сроках окупаемости затрат по модернизации электропривода ВУ с использованием ЧРЭП типа «ЭРАТОН-ВНВ» на вентиляторных установках с высоковольтными электродвигателями мощностью от 250 кВт до 1600 кВт. Для этого с использованием данных Таблицы 1 определены величины снижения мощности на валу ВУ (Δ Р = Р_на - Р_об) при переходе на регулирование оборотов вала ВУ для двух значений производительности Q* = 0,8 и Q* = 0,6. Номинальная мощность на валу ВУ (Р_н) при номинальной производительности Q_н принята равной 80% номинальной мощности электродвигателя. Результаты расчетов Δ Р представлены в Таблице 2 (для Q* = 0,8) и Таблице 3 (для Q* = 0,6).

Таблица 2

Таблица 3

В Таблице 4 приведены ориентировочные цены с НДС на ЧРЭП типа «ЭРАТОН-ВНВ» по схеме рис 1 б с учетом стоимости согласующих трансформаторов "сухого" типа, годовая экономия затрат на оплату электроэнергии за счет применения ЧРЭП при двух значениях производительности ВУ ( Q* = 0,8 и Q* = 0,6) при цене за кВт·час потребленной электроэнергии 1,6 рубля и сроки окупаемости затрат на приобретение ЧРЭП.

Таблица 4

Таким образом, преобразователи частоты типа "ЭРАТОН-ВНВ" имеют относительно малый срок окупаемости затрат даже при относительно невысокой стоимости электроэнергии (срок окупаемости определен при цене 1,6 рубля за кВт·час потребленной электроэнергии).