能降耗，顧名思義就是要節約能源消費、降低消耗標準。從經濟的角度看，節能降耗的要求是通過合理利用、科學管理、技術進步和經濟結構合理化等途徑，以zui少的能源消耗獲取zui大的經濟效益，即加強用能管理，減少從能源生產到消費各個環節中的損失和浪費，更加有效、合理地利用能源。

    幾年來，兗州礦業（集團）有限責任公司及其下屬各礦對以前在節能降耗方面存在的問題進行認真分析，進一步建立健全有利于節能降耗的體制機制，積極應用當前已有的適用新技術，并與有關單位共同開展了科技攻關，取得了良好的節能降耗效果，對國內同行具有相當的參考價值。現將兗州礦區在這方面所做工作在此做一簡單介紹。

    1）東灘礦控制能耗降低成本有成果

    煤炭成本的高低影響到煤炭企業的競爭實力，而能源消耗和材料消耗是影響煤炭企業成本的重要因素，故研究能源消耗情況以降低產品能耗，同樣具有十分重要的社會意義和經濟意義。為此，山東科技大學和兗州礦業（集團）公司東灘煤礦合作，運用企業節能和企業能量平衡的概念，研究了煤炭企業節能計劃的制定和能耗控制的方法，開發出了“煤炭企業能耗控制決策支持系統”，并取得了實際應用。

    企業能耗包括的范圍比較廣，如電能消耗、熱能消耗、煤氣消耗和水量消耗等。節能不能簡單地理解為不用能源或者少用能源，而是要充分有效地發揮能源的作用，在保證正常生產的前提下，使單位產品的能耗降低或者使用同樣多的能源生產出更多符合要求的產品來。基于上述思想，能耗控制就是運用系統科學的理論（信息論、系統論和控制論），對企業在生產過程中的產品能耗進行分析、計算、比較，在此基礎上提出能耗要達到的目標，并運用一定的管理手段實現這一目標的過程。

    此項課題的研究中，他們將能耗的控制分為前饋控制（事前控制）、現場控制（事中控制）和反饋控制（事后控制）三類：預測用能數量、制定節能計劃與能耗定額屬于前饋控制（事前控制）在計劃執行過程中，運用現場控制方式及時解決出現的問題，以保證計劃的正常進行為現場控制（事中控制）在一段時間后，檢查計劃的執行是否有偏差，分析偏差產生的原因，進而修訂節能計劃屬于反饋控制（事后控制）。無論采用哪種控制方式，關鍵都是要確定合理的能耗定額水平和建立有效的組織保障體系。

    課題組開發了煤炭企業能耗控制決策支持系統，并應用此軟件對東灘煤礦的能耗控制進行了電能平衡分析、節電計劃制定和電耗控制設計，受到現場的好評。以電能消耗為例，通過電能平衡可看出原煤生產和選煤是耗電大戶，而提升用電又占原煤生產用電約三分之一，需要加大對其控制力度；該礦歷年耗電有下降趨勢，但實際單產耗電比計劃節能單耗高，需加強管理才能落實節能計劃。

    2）加強用電管理，降低電能損耗

    電費作為企業生產成本，直接影響企業經濟利益。兗州礦業（集團）公司濟寧二號煤礦對用電情況加以分析，從中找出不合理的用電因素，加強用電管理，合理節約用電，制訂行之有效的控制措施來減少不必要的電費支出。
該礦的電費包括基本電費、電度電費和力調電費。基本電費只由主變壓器的安裝容量決定，屬于固定費用。電度電費和力調電費屬于變動費用，管理是否到位、用電時間有無避峰填谷、礦井供電系統功率因數的高低都是影響電費支出的主要因素。對此，他們有針對性的采取了降低電費成本措施：加強用點管理，強化用電考核；削峰填谷，合理安排生產班次；增添和改造無功補償裝置；積極推廣節能型設備；提倡節約用電，減少電能浪費。

    礦井主排水和采區排水規定了開泵時間，合理地安排在用電谷期和平期，減少峰期用電量。為提高供電系統的功率因數，110kV變電所6kV供電系統設有無功功率補償裝置。主井電動機功率達到5400kW，為提高其功率因數，在主井裝有6kV無功功率就地補償裝置。通過以上兩地點的無功功率補償裝置對礦井6kV供電系統進行補償，保證該礦用電負荷的功率因數在0.9以上。利用無功就地補償、無功自動補償和無功動態補償技術對供電系統進行就地補償和集中補償合理配置，降低了電能損耗。當功率因數從0.70～0.85提高到0.95時，有功損耗降低20%～40%，能很好的節約電能支出。

    該礦用電設備很大一部分是90年代初選型的。從2003年開始把全礦13臺淘汰型變壓器全部更換為節能型變壓器。電動機、風機、水泵也是消耗電能的主要電器設備，近幾年通過推廣變頻調速技術和新型電動機，提高電動機使用效率，從設計選型把關，推廣節能風機、水泵、電熱設備、照明器具等，淘汰一批高耗低效設備。

    3）井巷通風系統節能有措施

    近幾年來，兗州礦業（集團）公司北宿煤礦應用系統工程的思想和方法，從整體及優化的觀點出發，綜合分析了影響礦山井巷通風能耗的因素，總結出了通風系統節能的基本措施。井巷通風系統節能的目的是在滿足各個用風地點所需要風量的前提下，通過對井巷系統結構、風阻及各個用風地點風量分配的經濟、合理調節，達到能耗zui低的效果。

    他們認為可以實現的措施有以下幾條：

    ①降低關鍵線路上某些分支的風阻（縮短長度、擴大斷面、清除局部阻力），不僅可以降低主要通風2機的工作風阻、增加風量，而且可以獲得比較好的經濟效益。例如，淮南礦區謝二煤礦有一個主扇風硐長度為50m，有5個直角轉彎，而且斷面比較小，通風阻力高達1120Pa。他們采取了新開1條7m長斜風硐的措施以后，阻力降低了550Pa，礦井風量增加了450m3/min，工程投資約為1500元，但是每年可以節電3.7萬元。

    進回風網存在角聯，而且進風網中的角聯巷道風流是由關鍵線路至非zui大阻力線路上的用風地點；回風網中有非關鍵線路上的風流流至關鍵線路上。當通風網路中具備這種條件的時候，可以采用減小并聯分支的風阻、分流關鍵線路風量的方法來降低通風阻力，或者采用增大角聯巷道風阻的方法來減少關鍵線路上某些分支的風量，zui終達到系統能耗降低。

    ③改變用風分支的布局和風網結構，達到降阻節能的目的。例如，充分地利用廢棄巷道增加風路或者通過其改變已有分支的聯結方式；合理布置采掘工作面，使礦井兩翼和不同采區之間的配風盡可能地接近于自然分風，減少增阻調風量。北宿煤礦二水平投產初期，充分利用一水平已采區域原有的上山進行分流降阻，既確保了按需供風，又使礦井的通風阻力降低120Pa。
   
    4）局部通風安全節能監控裝置誕生

    北京京桂科技開發中心、華興電子技術產業發展公司和兗州礦業（集團）公司北宿煤礦、陽泉煤業（集團）公司共同研制的KJH2型局部通風安全節能監控裝置，是集節能和監控為一體的局部通風機變頻裝置，不僅可以就地檢測控制，還能夠與全礦井的監測系統并網實現地面監控，經測試其節電率均達到30%～40%，起到了良好的安全、節能作用。

    KJH2型局部通風安全節能監控裝置與變頻器配合使用，其安全節能作用體現在正常供風和排放瓦斯的整個過程。這個裝置主要包括風電瓦斯閉鎖和變頻調速兩個部分。風電瓦斯閉鎖裝置是由3個瓦斯傳感器和1個主機監控箱組成的，其工作原理和功能都優于目前國內的各種風電瓦斯閉鎖裝置。變頻調速裝置與1臺電源切換器結合使用，若變頻器發生故障會立即將其切除并自動投入共頻電源，使風機繼續運轉。該裝置接通電源以后，除了可以監測瓦斯濃度和超*報警、切斷并閉鎖動力電源外，還可以根據瓦斯濃度的變化情況自動控制風機的轉速。

    正常狀態時，在滿足掘進工作面人員用風量的前提下，瓦斯的濃度增加，局部通風機的轉速也會上升，造成供風量的加大，從而使瓦斯的含量降低，轉速亦隨之下降，局部通風機的轉速隨著瓦斯濃度的增減呈反比例升降運轉；當瓦斯的濃度超過了報警點（1%CH4）達到或者超過1.5% CH4時，主機立即切斷并閉鎖供風區域的動力電源，同時局部通風機轉入排放瓦斯狀態運轉，隨著瓦斯濃度的增加，局部通風機的轉速反而下降，瓦斯濃度減少時轉速上升，呈反函數運轉。隨著掘進工作面的推進，使用變頻器可以階段性地控制風量，亦可達到滿意的節能效果。

    5）70B2風機節能技術改造

    兗州礦業（集團）公司南屯煤礦為中央并列抽出式通風系統，主扇風機為70B2-21№28型軸流式風機。這類風機適用于小等積孔、高負壓的礦井，只有礦井負壓3200Pa以上才能進入區運轉。南屯礦屬于低負壓大風量大等積孔的通風礦井，加之風機流道風流摩擦阻力損失，造成風機運行極不合理，為此進行了節能技術改造，并取得了明顯的效益。

    改造中應注意的問題如下：①風葉強度。扭曲葉片板厚為3mm，與原直板風葉厚度相同，新老風葉支桿直徑相同，材質均為45#鋼，故不再進行強度計算，扭曲風葉支桿均進行探傷。②靜動平衡。風機運轉平衡是十分重要的，改后應保持原靜動平衡。拆裝風葉時，對原風葉及新安裝扭曲風葉應稱重匹配，使對邊的新老風葉差重相等。③保證中導葉焊縫質量。切割老中導葉時，原則上切割2片新焊1片，不得連續切去多片，以避免變形。對風機采用不揭蓋施工。④中導葉進風角及扭曲葉片安裝角應準確，各片安裝角角度要一致。⑤誒保證單機運轉時間短，改造時采取晝夜施工，總耗時36h。⑥為保證被改造風機仍處于備用狀態，一旦運行風機在改造期間發生故障，被改造風機在10min內能啟動運行，風量不低于80%。施工中采取以下步驟：先拆下*級風葉，稱重，新風葉匹配好，對應編號；改裝中導葉；按編號匹配好的扭曲風葉裝*級；拆第二級風葉，稱重，編號，匹配扭曲風葉；裝第二級扭曲風葉。2臺風機改造后，風量分別提高了862～1225m3/h，負壓提高217～280Pa，全效率由40.60%和35.57%提高到59.60%和51.44%，年節電157.4萬kW·h和161.33萬kW·h。

    6）變頻器在風機和水泵應用中的節能分析

    目前，國內外的許多電力拖動場合已經將矢量控制的變頻器廣泛地應用于各種行業中的交流電動機無級調速，不僅自動調速的精度越來越高，而且取得了相當明顯的節能效果。zui近，兗州礦業（集團）公司鮑店煤礦對此進行了研究分析與實際應用。風機、水泵類負載為平方轉矩負載，控制要求比較簡單，與之相應的變頻器價格也比較低，但是其節能效果卻特別明顯。

    ① 采用變頻器對風機進行控制。這是屬于減少空氣動力的一種節電方法。它和一般常用的調節風門控制風量的方法相比較，具有明顯的節電效果。由流體力學可知，風量與轉速的一次方成正比，而風壓與轉速的平方成正比，但軸功率與轉速的三次方成正比。采用變頻器進行調速的方法，當風量下降到原先80%的時候，轉速也隨之下降到了80%，而軸功率卻已經下降到了額定功率的51.2%；如果風量下降到了原先的60%，軸功率可以更大幅度地下降到額定功率的21.6%，當然還需要考慮到由于轉速降低引起的效率下降以及附加控制裝置的效率影響等。即使這樣，這個節能的數字也是很可觀的，因此在裝有風機和水泵的機械中，采用轉速控制的方式來調節風機的風量或者水泵的流量，其節能的效果必定是非常顯著的。

    采用變頻器對水泵進行控制。與采用變頻器對風機進行控制的節能原理相同，水泵電動機的輸出功率與其轉速成正比。利用變頻器進行調速的時候，水泵的流量下降，此時可以保持恒壓；當轉速下降至額定轉速80%的時候，軸功率也已經大幅度地下降到了額定功率的51.2%，當然流量也有下降；如果使揚程保持恒定不變，可以使轉速下降到額定轉速的70%，這個時候的軸功率是額定功率的34.3%，可以節能65.7%，所以經濟效益是十分明顯的。

    7）凍結站節能優化設計   
     
    兗州礦業（集團）公司凍結施工工程處在調查目前國內凍結站能耗情況的基礎上，提出了基于節能的優化設計思想和方法，建立了適合現場實際的優化設計模型，并開發了凍結站運行過程的計算機輔助監控系統。凍結法鑿井屬高耗能技術，凍結過程中要耗費大量的電能及水資源。長期以來，由于人們在設計、操作中忽視了節能問題，僅僅在電能方面的浪費就相當嚴重。調查發現，如果在設計、運行中采取有效的措施，平均可節電40%以上。

    某些傳統的設計方法、設計模型及設計參數不符合現場實際，是造成凍結站耗電嚴重的原因之一。地表部分的低溫管路和設備通常暴露在室外，且鹽水的溫度與外界的溫差一般在30～40℃，冷量損耗較大。一般情況下，低溫系統的總冷量損失量約占總負荷10%～25%左右。為了降低總冷量損失量，應根據具體情況考慮以下約束條件：鹽水溫度和流量滿足要求；管徑、長度、價格取值范圍及其它建筑要求；場地限制等。從節能角度來說，制冷系統的制冷系數越大越好，若以節能作為設計的優化目標，則會得到所設計系統的熱交換設備越大越好的結論，這在實際上是不經濟的，因此實際設計時，應把制冷系統的總費用作為系統設計的優化設計目標函數。采用較大的熱交換設備和較貴的壓縮機節能，則平常費用低，但初期投資大。設計變量和常量有制冷劑循環效率、蒸發溫度、冷凝溫度、中間溫度、制冷壓縮機、水泵、臺數、容量以及管路管徑等。實際優化設計時，應根據設計凍結站的實際情況先確定大部分參數作為常量，選用較少的參數作為變量。利用微機進行科學監控管理是凍結站節能的重要方向，對于整個凍結站的監控還處于剛起步的階段。

    8）發電廠用電動機的節能運行   

    針對選型較早、運行年限較長的發電廠采用異步電動機及負載在運行中暴露出來的能耗大、負載調節誤差大及故障率比較高等問題，兗州礦業（集團）公司南屯煤礦煤矸石熱電廠對其進行了研究以后，決定對廠用電動機的運行引用變頻器和軟啟動器控制技術進行改造，以實現負載的平滑啟動和調節，提高了運行的穩定性、降低了設備的故障率，減少了能源的損失。

    變頻器和軟啟動器本身均設有可靠的保護、檢測功能及控制器的微計算機監視功能，保證了設備的穩定運行；特別是變頻控制器的使用，使得運行中的監視更加全面、直觀，控制更加方便。而且，軟啟動器在啟動和運行時，控制器的微計算機可檢測到出現的啟動、失速、溫度及線路故障，自動實行斷電保護功能。采用變頻器和軟啟動器控制技術后，啟動大功率的廠用電動機時，無需并列廠用變壓器，而且電壓波動控制在3%~7%Un的允許范圍內，不會對廠用電網造成電壓沖擊，同時也減少了操作步驟。電動機實行軟啟動器控制和變頻器的平滑調節，減少了運行人員的工作量與參數調節的滯后性，使設備的運行工況得到了很大的改善，延長了鍋爐的運行周期。

    這個廠的實踐表明：電動機采用變頻控制以后，不僅極大地提高了設備的運行效率，還顯著地節約了廠用電量。根據改造前后的統計數據，引風機的電動機采用變頻器控制后，電動機的電流下降了130A，平均輸出功率下降了70kW以上；給水泵應用變頻器控制后，電動機的平均輸出功率降低了80kW，而且消除了節流損失，濟寧市能源監測部門測量其效率達到94%。按照全年運行7500h計算，3臺引風機和1臺給水泵的電動機每年可以節約電量210萬kW·h，一年之內便可收回全部投資，效益非常顯著。

    9）發電廠鍋爐引風機變頻調速節約電能

    鍋爐引風機是發電廠的主要負荷之一，屬于耗電大戶，素有“電老虎”之稱。在煤炭自備電廠中，僅引風機的耗電量就占到全廠用電量的25%左右。同時，為了維護鍋爐膛的負壓及正常燃燒，人們通常采用傳統的手動調節引風機風門擋板的方式進行風量調節，這樣會給生產造成很多問題，從而危及鍋爐的安全穩定運行。近年來，南屯煤礦矸石熱電廠與山東礦業學院濟南分院科技開發公司合作，在鍋爐引風機上應用變頻調速技術后，使上述這個困擾多年的問題終于得到了解決。

    南屯煤礦矸石熱電廠于1998年5月對1#爐的引風機安裝了變頻調速控制系統，由于不再需要調節風門，故將風門的擋板拆除，不但*消除了節流損失，節約了大量的電能，而且大大降低了引風機的故障率，減少了壓火停爐的次數，維持了鍋爐運行的穩定。在正常情況下，變頻器運行在“自動”工作方式，實時跟蹤爐膛的負壓，自動調節電機的轉速，保持爐膛負壓穩定在設定值上，減輕了運行人員的勞動強度。

    實踐表明：控制器操作簡便，運行方式靈活，運行參數變化一目了然。引風機啟動時，由于頻率能夠手動或自動調整，因此不僅不會對供電電網造成沖擊，同時還能夠使開關設備的故障率大為減少，延長了開關電器的使用壽命，減少了設備的維護工作量。為了將爐膛的負壓設定值穩定地維持在-20Pa（正常范圍為0~-50Pa），將電機運行頻率調整到較佳的36~38Hz，此時電機輸出功率在80kW左右，一年就可以節約電能為50萬kWh，年節約效益達到20萬元，變頻器的全部投資費用可在1~2年內*回收。

    8）提高鍋爐節能及除塵效率    

    兗州礦業（集團）公司濟寧二號煤礦工業廣場鍋爐房的4臺蒸汽鍋爐故障比較多，爐熱效率低于67%，爐渣含碳量高于20%，林格曼黑度達到三級以上。為此，對其進行了綜合改造，保障了鍋爐的安全運行，抑制了環境污染，改善了勞動條件，節煤節電均在10%以上。

    ⑴鍋爐前拱及給煤裝置改造。此項改造完成以后，鍋爐燃燒穩定、火力強、升壓快，負荷率及熱效率分別提高到98%和74.3%，還減少了煙塵的排放量。

    ⑵除渣室綜合治理。除渣室是鍋爐房環境zui差的場所，其污染的原因主要是漏風和除渣。

    ①漏風治理。除渣漏斗和細灰漏斗是鍋爐房極易漏風的設施，不但增加了過量的空氣系數、降低了鍋爐的出力，而且還浪費能源、污染環境。原先設計的除渣漏斗為A3鋼金屬箍形結構，因高溫膨脹導致變形開焊，每年均要整修多次，現在改用耐火磚砌筑；細灰管原來有Φ159mm的鋼管，容易堵塞，出渣的時候經常開口處理，現在改為Φ300mm鋼管，并且加設管道泵，用高壓沖刷細灰。

    ②除渣機改造。原來設計的馬丁除渣機對劣質煤的適應性比較差，后來改用刮板輸送機。該輸送機功率大、鏈速比較快，但是刮渣的能力小，咬鏈、磨損等現象經常發生，因此又更換了驅動部件，使得除渣室的環境有了根本的好轉。

    ⑶完善除塵設施。原先配備的水膜除塵器，文丘里不銹鋼噴嘴經常堵塞，處理困難；除塵泵的金屬盤根每天都要更換。其直接原因是沉淀池的容積太小，水中的灰渣來不及沉淀，又無撈灰設備，便使循環水變成了泥漿水。為此，將沉淀池擴大，配置了撈渣機，并且加強了運行管理，水的能見度可以達到200mm，除塵脫硫效率大為提高。經過環保部門的測定，煙塵的排放濃度符合國家規定標準，林格曼黑度達到一級。

    11）調速技術在泵站節能中應用的研究   

    zui近，兗州礦業（集團）公司機械設備制造廠開展了調速技術在泵站節能中應用的研究，并且得出了*轉速與凈揚程之間的數學模型。從泵的性能曲線可知，泵工作在設計點時的效率為zui高。隨著泵的揚程偏離（增加或者減少）設計點，泵的效率均降低，揚程偏離設計點越多則效率降低得越多。在泵的實際運行過程中，由于進水水位及出水水壓的不斷變化，泵的揚程也在不斷地變化，使得泵很難在區運行，大部分時間總是在低效區運行。因此，必須對泵進行調速，才能保證泵的長期運行。從流體力學可知，兩個液流要*力學相似則必須滿足幾何相似、運動相似和動力相似，而調速剛好能夠滿足著三個條件。因此，調速以前的工況與調速以后的工況為相似工況，它們的效率相等。假如該泵調速之前運行在設計點，調速之后運行在工況點，即使同一臺泵處于不同的揚程中，由于轉速改變了，所以也都能夠運行在zui率點。

    通過對電磁調速、液力偶合器調速、變極調速、變頻調速、傳統串級調速和內反饋串級調速6類現有調速技術的比較，他們認為效率高、節能效果好的調速技術為變頻調速和內反饋串級調速。但是，對于高壓電動機來說，進口高壓變頻器價格昂貴，國產技術不成熟，從*性價比看，高電壓大流量的水泵調速節能采用內反饋串級調速技術。由于進水壓力及出水壓力的波動，水泵的凈揚程也在波動。要它運行在zui率點，則其轉速也應該隨著揚程的變化而變化。根據水泵的比例定律，水泵的工作參數與轉速有以下關系：Q1/ Q2=n1/n2，H1/H2=（n1/n2）2。為了便于閉環自動控制，此項研究還得出了凈揚程H與*轉速n的數學模型關系:n=K·H1/2。

    12）碳化硅節能爐拱的應用 

    兗州礦業（集團）公司唐村煤礦利用碳化硅節能爐拱改造技術對KZL4-13型蒸汽鍋爐進行了節能改造后，爐渣含碳量由38.91%下降到23.04%，鍋爐出力由2.68%t/h提高到3.02t/h，平均燃煤由0.58t/h減少到0.432t/h，鍋爐熱效率由59.9%提高到66.65%。

    以前他們一般都用普通黏土質爐拱砌筑，耐火度低（軟化溫度為1300℃左右），結焦現象嚴重，亦不適合該礦的煤種。碳化硅新型耐火材料具有較高的硬度和熱強度以及較低的熱膨脹系數（軟化溫度為1800℃、荷重軟化溫度為1700℃），不易燒毀。從外觀看，改造前的爐渣都需進行回燒，現在的爐渣基本都是灰黃色。新拱表面光滑不易掛焦，即使有少量掛焦也易清除，解決了爐膛兩側因掛焦堆積燃煤的現象，延長了爐排的壽命。