Xác định mức tiêu thụ điện năng hợp lý của một mỏ than hầm lò để: Lập kế hoạch sản xuất hàng năm và dài hạn, giám sát và phân phối điện năng, làm công cụ quản lý việc sử dụng điện và làm căn cứ cho quy hoạch điện, giải bài toán cân bằng năng lượng. Nhằm giúp các bạn hiểu hơn về vấn đề này, mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết Nghiên cứu xác định suất tiêu thụ điện năng cho các khâu sản xuất của các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh.
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CHO CÁC KHÂU SẢN XUẤT CỦA CÁC MỎ THAN HẦM LỊ VÙNG QUẢNG NINH ThS. Vũ Thế Nam Ks. Phạm Thanh Liêm Ks. Trần Trọng Hoan, Ks. Lê Quang Tuấn Viên Khoa hoc Cơng nghê MoVinacomin ̣ ̣ ̣ ̉ Xác định mức tiêu thụ điện năng hợp lý của một mỏ than hầm lò để : lập kế hoạch sản xuất hàng năm và dài hạn, giám sát và phân phối điện năng, làm cơng cụ quản lý việc sử dụng điện và làm căn cứ cho quy hoạch điện, giải bài tốn cân bằng năng lượng u cầu nghiên cứu theo phương pháp khoa học, xuất phát từ thực tế sản xuất của các mỏ hầm lò nước ta, sao cho tính được STTĐN của một mỏ than hầm lò nào đó trong năm kế hoạch tương ứng với các điều kiện cụ thể một cách dễ dàng. Tiến tới xây dựng phần mềm chun dụng nhằm tính tốn STTĐN một cách nhanh và chính xác cao 1. TỔNG QUAN VỀ SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG 1.1. Xác định khâu tiêu thụ, khu vực tiêu thụ điện năng trong mỏ hầm lò Suất tiêu thụ điện năng (STTĐN) là giá trị về mức tiêu hao điện năng để sản xuất một đơn vị sản phẩm. Xác định STTĐN nhằm đánh giá hiệu quả sử dụng điện, từ đó đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng làm giảm chi phí sản xuất sản phẩm. Đối với mỏ than hầm lò thì suất tiêu thụ điện còn là chỉ tiêu tổng hợp để lập kế hoạch hàng năm về nhu cầu sử dụng điện năng, ngồi ra còn làm cơng cụ cho việc giám sát, phân phối và quản lý lưới điện là căn cứ trong việc lập quy hoạch và thiết kế cung cấp điện cho các mỏ than * STTĐN chung mỏ hầm lò được sinh ra từ 03 thành phần chính là (hình 1.1) STTĐN cho mỏ Hầm Lò STTĐN phục vụ khâu cơng nghệ STTĐN theo cơng nghệ STTĐN theo khâu phụ trợ Tổn hao điện trên đường dây STTĐN theo phụ trợ Tổn hao điện năng trên đường dây Hình 1.1. STTĐN chung của mỏ hầm lò * STTĐN theo cơng nghệ của các khâu sản xuất STTĐN theo cơng nghệ Để tính STTĐN chung ta cần xác định được suất tiêu thụ của khâu cơng nghệ Trong khâu công nghệ mỏ than hầm lò có 03 thành phần chính tạo nên suất tiêu thụ ( hình 1.2) STTĐN cho Khai thác STTĐN cho Đào lò STTĐN cho Sàng tuyển Hình 1.2. STTĐN theo khâu cơng nghệ * Suất tiêu thụ điện theo khâu phụ trợ Trong đơn vị khai thac than hầm lò có rất nhiều khâu phụ trợ, khâu tiêu tốn lượng điện năng riêng. Nhưng tựu chung lại STTĐN của khâu phụ trợ sinh ra 06 thành phần (hình 1.3) STTĐN theo phụ trợ STTĐN cho khâu vận tải STTĐN cho khâu thơng gió STTĐN cho khâu thốt nước STTĐN cho khâu nén khí STTĐN cho khâu chiếu sáng STTĐN cho các khâu khác Hình 1.3. STTĐN theo khâu phụ trợ * Suất tiêu hao điện năng do tổn hao điện năng trên đường dây truyền tải sinh Trong q trình truyền tài điện, có một lượng điện tổn hao được sinh ra bởi đường dây và máy biến áp. Đây là thành phần được tính tương đối và có tính chất ít biến động trong thời gian hoạt động 1.2 Các phương pháp xác định STTĐN Qua phân tích trên ta thấy có rất nhiều thành phần yếu tố tác động đến STTĐN của thiết bị cũng như của khu vực và tồn mỏ hầm lò. Vì vậy cần tìm hiểu và lựa chọn phương pháp xác định STTĐN hợp lý Các phương pháp xác định hiện đang được sử dụng (hình 1.4) Phương pháp xác định STTĐN Cân bằng riêng Thống kê Thực nghiệm Hình 1.4. Các phương pháp xác định STTĐN hiện đang sử dụng NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TÍNH TỐN SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CHO CÁC KHÂU CƠNG NGHỆ CHÍNH CỦA MỎ THAN HẦM LỊ 2.1.Tính suất tiêu thụ cho khâu cơng nghệ chính * Tính suất tiêu thụ cho khu vực khai thác than Trong khu vực khai thác thường sử dụng nhiều thiết bị và tính tốn STTĐN cho nhóm thiết bị điện trong một khu vực khai thác như sau: Dkt Wk.n Wvt.n Z kt Wcs n , kWh/t (1) Trong đó: Wk.n Điện năng tiêu hao ngày của khoan điện để khoan nổ mìn, kWh; Wvt.n Điện năng tiêu hao ngày của máng cào để vận tải than ở lò chợ và ở lò song song chân, kWh; Wcs.n điện năng tiêu hao ngày để chiếu sáng ở lò song song chân, kWh * Tính STTĐN cho khu vực đào lò Tương tự tính tốn STTĐN của nhóm thiết bị trong một khu vực đào lò: Ddt Wk Wx Wvt Wq.b Wnc.b Z kv , kWh/m; (2) Trong đó: Wk điện năng tiêu hao để khoan lỗ mìn, kWh;Wx điện năng tiêu hao bốc xúc than, kWh;Wvt điện năng tiêu hao cho vận tải than (bằng máng cào, tời kéo gng), kWh;Wq.b điện năng tiêu hao để thơng gió cục bộ, kWh;W nc.b điện năng tiêu hao bơm nước cục bộ, kWh * Tính STTĐN cho khâu sàng tuyển mỏ than hầm lò Tương tự tính tốn STTĐN của dây chuyền cơng nghệ sàng tuyển mỏ than hầm lò được xác định theo cơng thức: Dth Z n Wcd Z n , kWh/t; (3) Trong đó: suất tiêu hao biến đổi theo lượng than nguyên khai vào tuyển, kWh/t; Zn năng suất năm của dây chuyền cơng nghệ tuyển mỏ than hầm lò, t; Wcd thành phần điện năng, tiêu hao cố định, khơng phụ thuộc lượng than ngun khai vào tuyển, kWh; τ tỉ lệ than các loại (than cục, than xơ, than cám, than bùn) nhận được. Với dây chuyền cơng nghệ sàng và nhặt tay τ = 0,617; sàng, máng rửa τ = 0,75; tuyển lắng, tuyển huyền phù và lọc ép τ = 0,568;Trình tự tính điện năng tiêu hao của các dây chuyền cơng nghệ tuyển mỏ than hầm lò như sau: 2.2. Tính STTĐN cho khâu phụ trợ Các nhóm thiết bị phụ trợ trên mặt bằng cơng nghiệp mỏ bao gồm: Phân xưởng cơ điện, trạm bảo dưỡng đầu tầu toa xe, phân xưởng chế biến gỗ, nhà nạp đèn và ắc qui; thiết bị nồi hơi, nhà giặt, chiếu sáng, cấp thốt nước cơng nghiệp, nước cứu hoả, phòng hành chính, sinh hoạt… điện năng tiêu thụ của các nhóm trên chiếm tỷ lệ nhỏ trong tổng tiêu thụ điện năng tồn mỏ * STTĐ nhóm thiết bị phụ trợ được tính theo cơng thức: dk Trong đó: Wk Wk Z dc m , kWh/t; (4) điện năng tiêu thụ của nhóm thiết bị phụ trợ, kWh; Z sản lượng than của mỏ, t; ηđc hiệu suất động cơ của nhóm, lấy ηđc=0,90; ηm hiệu suất mạng điện 380V cấp điện cho nhóm, lấy ηm=0,95; * Điện năng tiêu thụ của nhóm thiết bị phụ trợ được tính: Wk= Trong đó: n kyc.i m i k yci Pd i T , kWh; (5) số thiết bị phụ trợ trong nhóm; cơng suất động cơ của thiết bị phụ trợ , i; Pđ.i cơng suất động cơ của thiết bị phụ trợ i, kW; T thời gian làm việc của nhóm, h 2.3. Xác định tổn hao trên đường dây, máy biến áp Ngun nhân gây tổn thất điện năng là tổn thất trong máy biến áp và trên mạng cáp chính, cáp mềm. Tổn hao điện năng trên đường dây, đường cáp và máy biến áp trung gian được tính theo các cơng thức cũng có thể được tính gần đúng theo tỉ lệ phần trăm: ΔWdd = 9÷10%; ΔWba = 4÷5%; (6) 3. NGHIÊN CỨU AP DUNG TINH TOAN ST TIÊU THU ́ ̣ ́ ́ ́ ̣ ĐIÊN NĂNG ̣ CHO MỘT KHU VỰC CỦA MO THAN HA LÂM ̉ ̀ ̀ Việc tính tốn STTĐN cần được thực hiện bằng phương pháp phù hợp, Cần áp dụng các bước sau Bước 1. Tìm hiểu thực trạng quản lý tính tốn thiết kế cung cấp điện, thực trạng quản lý tính tốn STTĐN của các đơn vị sản xuất than hầm lò vùng Quảng Ninh Bước 2. Áp dụng phương pháp lý thuyết tính tốn STTĐN cho một khu khai thác để làm cơ sở so sánh (cụ thể ta chọn khai thác 5 – KT5 cơng ty CP than Hà Lầm làm thí điểm chính). Xây dựng phần mềm tính tốn STTĐN đơn giản hóa q trình tính tốn Bước 3. Áp dụng phương pháp thực nghiệm tính tốn STTĐN tại KT5 cơng ty CP than Hà Lầm để so sánh với lý thuyết tính tốn Bước 4. Đánh giá kết quả nhận được và đề ra u cầu Từ đây nhận thấy rất cần có những tính tốn STTĐN cho một khâu cụ thể trong mỏ hầm lò theo các phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để so sánh đánh giá sâu hơn. 3.1. Áp dụng phương pháp lý thuyết tính tốn suất tiêu thụ điện năng cho khu vực khai thác Với biện pháp tính tốn lý thuyết trong q trình áp dụng tính tốn STTĐN việc thu thập và xử lý q nhiều thơng số cùng lúc sẽ rất khó khăn và phức tạp, ảnh hưởng tới kết quả cơng việc cũng như thời gian thực hiện. Vì vậy ta cần xây dựng phần mềm để đơn giản hóa cơng tác quản lý suất tiêu thụ điện năng. Trong phần mềm cần có những tính năng và thành phần sau: Cơ sở dữ liệu: trong cơ sở dữ liệu có cập nhật tất cả các thiết bị cơ điện dùng cơng ty, trong đó các thiết bị điện phải có các thơng số kỹ thuật phục vụ cho cơng tác tính tốn, các thơng số đó là thơng số theo quy chuẩn và khơng thay đổi (khi có sự thay đổi ta phải làm thủ tục thay đổi lại thơng số) Nhập thơng tin ban đầu Kiểm tra cơ sở dữ liệu Thêm cơ sở dữ liệu Chọn thiết bị cần tính trong cơ sở dữ liệu Nhập số liệu thu thập được từ sự thay đổi thực tế Thực tính tốn suất tiêu thụ cho từng thiết bị cụ thể, trong q trình này cần đưa thêm số liệu thực tế Tính tốn STTĐN In báo cáo về suất tiêu thụ theo tính tốn In báo cáo STTĐN Thêm thiết bị Hình 3.2. Sơ đồ khối chức năng của phần mềm Cơ sở dữ liệu phục vụ tính tốn máng cào Cơ sở dữ liệu phục vụ tính tốn băng chuyền Hình 3.3. Hình giao diện lựa chọn của phần mềm Thực hiện thu thập thơng số của từng thiết bị, sử dụng phần mêm xây dựng được ta tính tốn được STTĐN của một số thiết bị điển hình (bảng 3.1) Bảng 3.1. Thống kê một số kết quả thu được từ tính tốn lý thuyết TT Thiết bị STTĐN Đơn vị Quạt 2K56 12N024 0,000160 kWh/m3 Quạt BOK15 0,000670 kWh/m3 Quạt FBDCZNo17 0,000075 kWh/m3 Quạt FBDCZNo13 0,000028 kWh/m3 Máy nén khí pittong 0,102000 kWh/m3 Bơm nước mỏ 0,004800 kWh/m3.m Tời trục 0,071000 kWh/T.m Chiếu sáng 0,118190 kWh/m Tầu điện 3,830000 kWh/T.km 10 Băng tải B800 0,055000 kWh/t 11 Băng tải B1000 0,386700 kWh/t 12 Máng cào SKAT60 0,116000 kWh/t 13 Máng cào SKAT80 0,134700 kWh/t 14 Máng cào SGB520 0,148900 kWh/t Sau khi tính tốn được STTĐN cho từng thiết bị đơn lẻ. Chúng ta tiến hành phân tích và tính tốn bằng lý thuyết về STTĐN cho một cơng trường khai thác than cụ thể của một đơn vị. Chọn tính tốn STTĐN cho cơng trường khai thác 5 thuộc Cơng ty CP than Hà Lầm Vinacomin. Bảng 3.2. Thống kê tính tốn cho khu vực Khai thác 5 Tên thiết bị Mã Hiệu B800 Giá trị Đơn vị 0,05560 kWh/t 55,60 Sản lượng SL 55 Giá trị 1000 Đơ n vị (kW) Suất tiêu thụ điện Điện năng TT P định mức Băng tải B800 Biến áp khoan 1,2 20 m 0,04700 kWh/m 0,94 Biến áp khoan 1,2 20 m 0,04700 kWh/m 0,94 Biến áp khoan gương 1,2 20 m 0,04700 kWh/m 0,94 Biến áp khoan lò đầu 1,2 20 m 0,04700 kWh/m 0,94 Bơm dịch số 1 37 30 m3 1,00000 kWh/m3 30,00 Bơm dịch số 2 37 30 m3 1,00000 kWh/m3 30,00 14 Máng cào SKAT 60 15 200 0,11610 kWh/t 23,22 15 Máng cào lò 75 SKAT 80 15 200 0,13470 kWh/t 26,94 16 Máng cào lò XV SKAT 80 15 200 0,13470 kWh/t 26,94 17 Máng cào SGB SGB 520 40 940 0,14890 kWh/t 139,97 18 Máng cào SGB SGB 520 40 940 0,14890 kWh/t 139,97 19 Máng cào SGB SGB 520 40 940 0,14890 kWh/t 139,97 20 Máng cào số 1 SKAT 80 15 30 0,13470 kWh/t 4,04 21 Máng cào số 2 SKAT 80 15 30 0,13470 kWh/t 4,04 22 Máng cào số 3 SKAT 80 15 30 0,13470 kWh/t 4,04 23 Máng cào số 4 SKAT 80 15 30 0,13470 kWh/t 4,04 24 Máng cào số 5 SKAT 80 15 30 0,13470 kWh/t 4,04 25 Máng cào số 6 SKAT 80 15 30 0,13470 kWh/t 4,04 26 Quạt FBD7,5 7,5 500 m3 0,00067 kWh/m3 0,34 27 Tời cào gương 5,5 500 T.m 0,00067 kWh/T.m 0,34 585,67 Tổng cộng 401,8 Qua bảng tổng hợp này ta có thể tạm tính suất tiêu thụ điện năng cho phần xưởng theo tính tốn là: d px 1000 585,67 1,71kWh / t 3.2. Áp dụng phương pháp thực nghiệm tính tốn suất tiêu thụ điện năng cho khu vực khai thác (xây dựng phần mềm tính tốn STTĐN) Với phương pháp lý thuyết tính tốn STTĐN cho một phân xưởng khai thác thực tế (cơng trường khai thác 5 mỏ than Hà Lầm) đã đưa ra được các giá trị STTĐN cho các thiết bị đặc trưng của mỏ. Để đánh giá một cách khách quan và có so sánh tính chuẩn xác cần thiết phải áp dụng phương pháp thực nghiệm tính tốn STTĐN Phương pháp đo kiểm khi sử dụng các thiết bị đo kiểm phục vụ kiểm tốn sau: Sử dụng đồng hồ đo lường WM1496 lắp đặt trước DW tổng, thiết bị này sẽ đo đếm trong nhiều ngày và lưu trữ lại các thơng số điện như: điện năng tiêu thụ, dòng điện, điện áp, cơng suất hoạt động, hệ số cơng suất… đối với tồn bộ các thiết bị trong phân xưởng Bảng 3.3. Mức tiêu thụ điện năng TT Thời gian Ca 2 ngày 02/12 Ca 2 ngày 03/12 Ca 1 ngày 05/12 Ca 1 ngày 06/12 Tấn than SP (tấn) 336 344 405 385 ĐNTT (kWh) 641 572 499 500 Suất tiêu thụ (kWh/tấn) 1,91 1,66 1,23 1,29 Qua việc tính tốn STTĐN bằng 2 phương pháp như trên nhận thấy việc thực hiện tính tốn STTĐN bằng thủ cơng rất khó khăn vì cần nhiều thơng số của thiết bị. Chính vì vậy, việc xây dựng một phần mềm tính tốn STTĐN nhằm nâng cao hiệu quả cơng tác quản lý điện năng tại mỗi đơn vị nói riêng và đề xuất phương án tính STTĐN chung cho tồn Tập đồn Vinacomin là cần thiết và cấp bách 4. KẾT LUẬN Từ những so sánh việc tính tốn STTĐN bằng lý thuyết với thực tế kết hợp với các hệ số thực nghiệm, có thể thấy rằng cần tăng cường quản lý cũng như có một phương pháp và cơng thức tính suất tiêu thụ thống nhất. Dựa vào phương pháp tính tốn kết hợp với hệ số thực nghiệm, (*) tính tốn được STTĐN cho các khâu khai thác là 1,915 kWh/t ; khâu đào lò là 12,362 kWh/t (đào lò than); vận tải là 0,5477 kWh/t; chiếu sáng 0,118 kWh/m và thơng gió là 1,62.103 kWh/m3. Với các thơng số đã đề xuất cho thấy cách tính tốn này khá sát với thực tế, tương đối chính xác so với một số tài liệu tham khảo. Tai liêu tham khao ̀ ̣ ̉ 1 TS. Phung Manh Đăc. Kh ̀ ̣ ́ ảo sát và đánh giá tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong các hộ tiêu thụ trọng điểm vùng Quảng Ninh, xây dựng một số mơ hình trong Tập đồn Cơng nghiệp Than Khống sản Việt Nam về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Viên KHCN MoVinacomin 2010 ̣ ̉ 2 Ths. Vũ Thế Nam. Nghiên cứu xác định suất tiêu hao điện năng cho các khâu sản xuất của mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Viên KHCN MoVinacomin ̣ ̉ 2011 Ghi chú: (*) STTĐN trong bài báo này được sử dụng dựa trên cơ sở lựa chọn khu vực và thiết bị sao cho: kiểu thiết bị tương đồng thực tế, số lượng thiết bị được lựa chọn chỉ là tạm thời ( số lượng thiết bị trong khu vực trên thực tế có thể khác nhiều) ... Hình 1.4. Các phương pháp xác định STTĐN hiện đang sử dụng NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TÍNH TỐN SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CHO CÁC KHÂU CƠNG NGHỆ CHÍNH CỦA MỎ THAN HẦM LỊ 2.1.Tính suất tiêu thụ cho khâu cơng nghệ chính... kiệm và hiệu quả. Viên KHCN MoVinacomin 2010 ̣ ̉ 2 Ths. Vũ Thế Nam. Nghiên cứu xác định suất tiêu hao điện năng cho các khâu sản xuất của mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh Viên KHCN MoVinacomin ̣ ̉ 2011 Ghi chú: (*) STTĐN trong bài báo này được sử dụng dựa trên cơ sở lựa chọn khu... * STTĐN theo cơng nghệ của các khâu sản xuất STTĐN theo cơng nghệ Để tính STTĐN chung ta cần xác định được suất tiêu thụ của khâu cơng nghệ Trong khâu công nghệ mỏ than hầm lò có 03 thành phần chính tạo