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第 62卷 第 5期 有 色 金 属矿山部分 2010年 9月 多风机多级机站通风节能原理初探 刘杰, 谢贤平 昆明理工大学 国土资源工程学院, 昆明 650093 摘 要 阐述多风机多级机站的通风方法和节能原理。通过通风方式的比较及多风机多级机站的漏风控制原 理分析, 进一步说明推广多风机多级机站的优越性。多风机多级机站通风在有效监控管理方式下是一种成熟的通 风技术。 关键词 矿井通风; 多风机多级机站; 节能; 风压; 漏风 中图分类号 TD72 文献标识码 A 文章编号 1671- 4172 2010 05- 0071- 04 Pri nciple ofEnergy Saving ofMultifan andMultistage Fan Station Ventilation Syste m LI U Jie , XI E Xianping The Faculty ofLand Resource Eng ineering , Kunm ing University of Science and Technology , Kunm ing 650093, Yunnan, China Abstract This paper describes the ofmulti fan andmultistage fan station and tries to expatiate the principle ofen ergy saving It explains the superiority ofmulti fan andmulti stage fan station by comparing energy saving benefit a mong the ven tilations and the principle ofw ind pressure control ofmulti fan andmultistage fan station,the anglicizing conclusion is thatmulti fan and multistage fan station is a kind ofmature technique in effective monitoring andmanage mentmodes Key words m ine ventilation ; multi fan andmultistage fan station ;energy saving ; w ind pressure ;ventilation leakage 作者简介 刘杰 1986- , 男, 在读硕士研究生, 安全技术及工程专 业, 主要研究方向 矿井通风与安全。 0 引言 经过多年的发展, 矿井通风技术已经有了比较 成熟的发展, 节能技术也得到了极大的推广和应用。 随着矿业工程的飞速发展, 节能降耗技术已经显得 越来越重要。 1 矿井通风系统节能概述 矿井通风系统的建立与调整, 通常有两个目标。 首先是改善作业环境, 提高技术效果; 其次是节省通 风能耗, 提高经济效益。长久以来, 影响矿井通风能 耗的主要原因有 1 通风方法和设计手段; 2风机 性能; 3管理水平。我国金属矿井机械通风的风机 运转效率一直较低, 传统矿井通风系统设计多数采 用单一的主扇通风系统, 漏风系数取得大; 按最困难 时期的最大风压选择风机, 使选取的风机风压过高。 通风系统建成后, 由于金属矿井开采技术上的特点, 致使主扇的工况点风压比设计的风压低得多。通常 情况下, 改善通风能耗有以下几项主要技术措 施 [ 1, 8] 1采用多井口进风、 多井口排风的多路通风 系统; 2按最优分风条件合理分风; 3 优化风量调 控方法, 采用多风机多级机站通风; 4 均衡风压减 少漏风, 提高有效风量率; 5优化井巷断面、 采用低 阻构筑物, 降低井巷通风阻力; 6 采用高效节能扇 风机。 2 多风机多级机站的节能原理 21 节能原理 在各类调控系统中, 多风机多级机站调控系统 的总功耗最低, 有效风量最高。节能效果好是多风 机多级机站的一个显著特点, 风机的功率与风量立 方成正比。大型风机风量大、 风压高、 功率消耗大, 多风机多级机站采用机站间风机串联及机站内风机 并联, 这样所选的风机风量小、 风压低、 故功率也小; 此外, 还可选用新型高效节能风机, 能耗较低。实测 证明, 采用该通风技术改造的矿井, 与大多数金属矿 山传统采用的单一主扇通风系统相比, 装机容量可 有效降低, 可大幅度节约电能。因此, 井下多风机多 级机站被列为 十五 期间冶金行业重点推进的 40 项技术之一 [ 2]。 22 节能原理分析 将一个矿山简化成一个普通的串并联巷道, 如 图 1所示。设各巷道的风阻 R1 R2 R3 R4 R5 R, 若在巷道 5区域布置一台风量为 Q 的风机, 形成抽出式的单一大主扇集中通风方式, 根据并联 巷道通风网络的风阻特征 R0 1 n i 1 1 Ri 2, 功率 的计算公式N R总∀Q 3 , 可得出矿山所产生的风流 总功率为N1 [ 2R 1 3 R 2 ]Q 3 0211 RQ 3 。若 要建立多风机多级机站, 则在 1区域和 5区域分别 布置风量为 1 3Q的压、 抽式风机, 在 2 4区域分别 布置风量为 1 9Q 的风机, 形成三级机站通风方式, 那么总功率消耗即为N2 2R∀ 1 3 Q 3 3R 1 9Q 3 0078RQ 3。 显而易见, N 1 N2。 图 1 某矿山通风系统网络图 Fig1 Ventilation system net work diagram in am ine 由此可见, 选用多风机多级机站, 风量不变, 风 压比单一大主扇集中通风减小了很多。当然, 在选 用多风机多级机站进行通风时, 机站级数的划分、 风 机数量的确定、 风机的选择、 型号及安装角的确定以 及风机并联的稳定性等因素, 也会对风流功率造成 影响。但在不考虑局部阻力、 风机的购买和管理及 上述综合因素的情况下, 从通风方式的不同, 多风机 多级机站就比大主扇集中通风有很大的节能优势, 仅此一项, 按保守估算便可使通风功耗降低 20 以 上。 22 多风机多级机站漏风控制原理 在矿井通风中, 漏风通常是节能降耗的最大障 碍之一。除了采用充填、 封闭天井以及加强管理等 方法外, 采用多风机多级机站通风系统对整个网路 实行均压控制被证明是比较有效的方法。多风机多 级机站通风是运用风压平衡原理对全系统施行均压 通风, 在满足各风路所需风量的条件下, 通过对风机 的控制, 保持各分支风路的风压平衡, 各漏风风路两 个端点的风压相等。根据多风机多级机站的均压通 风原理, 同样可以用对内、 外部漏风控制原理来解决 存在着的问题。 221 外部漏风控制模式 应用多风机多级机站进行外部漏风控制时, 需 要在外部漏风点保持零压状态, 图 2表示有两个外 部漏风情况的机站布置。 图 2 有两个外部漏风的机站布置 Fig2 The station arrange m ent of 2 surface leakage points 由图 2所示, 当有两个外部漏风的情况, 则应在 A点、 BC 区域和 D点布置风机, 布置为三级机站, 均压通风原理的数学表示为 Hf∃ hAB Hf hBC Hf 二级机 站 3 至 5风机设于各中段进风巷中; 三级机站 6至 9 风机为各中段回风; 四级机站 10、 11风机为全矿 总回风, 设于回风斜井口, 各级机站选用 FS系列节 能风机, 优选结果见表 1 。 为便于对比分析, 同时进行了集中通风系统设 计, 全矿共设 3台主扇压抽结合通风, 主扇以 2K60 系列为主, 优选结果见表 2 。多级机站与集中通风 系统主要技术指标汇总于表 3 。 从表 1 、 表 2和表 3可以看出, 多级机站通风各 指标都优于集中通风。集中通风总进风量稍高, 但 轴功率和装机容量比多级机站高出约 40 , 原因之 一就是大功率主扇效率一般都低, 与矿井等积孔亦 不匹配, 电能浪费严重, 几十年来国内大部分矿山主 扇通风的实践经验已证明了这一点 [ 9]。 32 铜陵狮子山铜矿通风系统技术改造实例 [7] 狮子山铜矿在改造前采用多翼对角式多井口、 多风机联合作业抽出式通风, 通风系统根据开拓系 统的实际情况, 分为三个分区式通风系统, 即东山分 区、 西山分区和老鸭岭分区通风系统。 对狮子山铜矿进行通风系统改造后, 仍分为东 山、 西山和老鸭岭三个分区通风系统, 并对东山、 西 山两个分区采用多风机多级机站通风方法, 全矿设 16个装机地点, 总共安装风机 18台, 装机总功率 3525 k W。 西山分区通风系统建立一级机站 2个, 二级机 站 1个, 三级机站 3个, 四级机站 4个。东山分区在 动盲井 - 40m建立一级机站; 在 - 80m、 - 120m 和 73 第 5期 刘杰等 多风机多级机站通风节能原理初探 - 160 m 建立二级机站; 东山回风井设置一个三级 机站。老鸭岭分别在 - 80 m, - 120 m, - 160m、- 190m和 - 220m 等回风中段安装风机, 共建立五个 机站, 形成多风机并联作业。改造后的通风系统在 部分进、 回风井及主要中段进风道或回风道中都安 装风机, 这不仅保证了全矿的总进、 回风量, 而且也 确保了各用风中段风量的按需分配。此外还特别采 取了防止采空区的漏风对风源污染的措施, 这些都 对提高有效风量极为有利, 改造后的各项指标有了 较大幅度的提高, 通风效果明显改善。同时, 改造后 通风系统的节能效果也较为明显。改造前装机总容 量是 7325 k W, 实测电机输入功率 43979 k W, 年 电耗量 303万 k W ∀ h 。改造后的装机总容量为 3525 k W, 总轴功率为 16716 k W, 装机总容量减少 380 k W, 占 5188 , 年电耗 15576万 k W∀ h , 每年 节电达 14724万 k W∀ h 。 表 1 多风机多级机站通风系统风机优选结果 Table 1Fan selection ofm ulti fan and multi stage ventilation syste m 风机编号风机型号并联台数工作方式 安装角 /∋ 风量 / m3/s 风压 /Pa 有效功率 /k W 轴功率 /k W 效率 / 装机功率 /kW 1FSB35- 172压入3099572137157789231100 2FSB35- 181压入346383998255281907370 3FSB35- 181压入244584175110127865185 4FSB35- 181压入2449815978099800185 5FSB35- 181压入24468176483100823185 6FSB35- 181抽出304644626215232922300 7FSB35- 171抽出333934743187203918300 8FSB35- 161抽出282893596104112927150 9FSB35- 141抽出273801860711630150 10FSB35- 162抽出319256154570623914740 11FSB35- 181抽出315364214226251899300 表 2 集中通风系统各主扇优选参数 Table 2 Param eter opti m ized ofm ain fan in central ventilation syste m 风机编号风机型号并联台数工作方式 安装角 /∋ 风量 / m3/s 风压 /Pa 有效功率 /k W 轴功率 /k W 效率 / 装机功率 /kW 12K60N36- 7/71压入2513601467 1199625147943339 2FSB40- 181压入184008702349405861550 32K60N36- 14/71抽出2515901320 1210027147743766 表 3 通风系统主要技术总指标对比 Table 3Comparison of the key technical inds of ventilation system 通风 方法 风量 /m3/s 风压 /Pa 轴功率 /k W 风机效率 / 装机功率 /k W 多级机站1632156312820905396 0 集中通风1761265165634789765 5 4 结语 实践证明 较之大主扇通风, 多风机多级机站具 有提高矿井有效风量率、 风量调节灵活的优点, 能有 效解决大多数金属矿山通风系统中普遍存在的风机 运转效率低、 风机等积孔与网络等积孔不匹配、 漏风 严重、 有效风量率低等弊端, 并实现了节能降耗和满 足矿山经济效益的要求。 然而, 多级机站虽然有很多优点, 但仍存在一些 问题, 不是任何矿山都使用, 需要对各通风方案进行 经济技术对比后择优选用。为了使节能技术得到进 一步推广和应用, 今后仍需对多风机多级机站的局 阻、 压力平衡和有效监控管理等问题进行深入研究, 更大程度地实现节能降耗。 参考文献 [ 1] 王英敏 矿内空气动力学与矿井通风系统[M ]. 北京 冶金工 业出版社, 1994 415- 425 [ 2] 十五 期间冶金行业重点推进 40项技术 [ J]. 矿业快报, 2001, 12 50- 51 [ 3] 左铁军 多风机多级机站通风系统的节能机理初探 [ J]. 矿业 工程, 2004 , 2 445- 46 [ 4] 赵梓成, 谢贤平 矿井通风理论与技术进展评述 [ J]. 云南冶 金, 2002, 31 3 24- 25 [ 5] 董震民 多级机站通风与节能 [ J]. 山东煤炭科技, 1994 , 3 20- 21 [ 6] 谢贤平, 赵梓成 矿井通风节能新技术的研究与应用 [ J]. 有 色冶金设计与研究, 1996 , 17 2 20- 21 [ 7] 赵梓成 多风机多级机站通风方法研究应用与推广成果报告 [ R]. 昆明工学院, 1991 146- 148 [ 8] 王英敏 矿井通风与防尘[M ]. 北京 冶金工业出版社, 1993 [ 9] 赵梓成 矿井通风计算及程序设计 [M ]. 昆明 云南科技出版 社, 1992 150- 151 74有 色 金 属矿山部分 第 62卷