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 LÒ VÙNG QUẢNG NINH ThS. Vũ Thế Nam Ks. Phạm Thanh Liêm Ks. Trần Trọng Hoan, Ks. Lê Quang Tuấn Viện Khoa học Công nghệ Mỏ-Vinacomin 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. Yêu 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 chuyên dụng nhằm tính toán 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, ngoài ra còn làm công 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 của mỏ hầm lò được sinh ra từ 03 thành phần chính là (hình 1.1). - STTĐN phục vụ khâu công nghệ - STTĐN theo khâu phụ trợ - Tổn hao điện năng trên đường dây Hình 1.1. STTĐN chung của mỏ hầm lò. * STTĐN theo công nghệ của các khâu sản xuất Để tính STTĐN chung ta cần xác định được suất tiêu thụ của khâu công nghệ. Trong khâu công nghệ của mỏ than hầm lò có 03 thành phần chính tạo nên suất tiêu thụ ( hình 1.2). Hình 1.2. STTĐN theo khâu công nghệ. * Suất tiêu thụ điện theo khâu phụ trợ Trong đơn vị khai thac than hầm lò có rất nhiều khâu phụ trợ, mỗi khâu đó tiêu tốn một lượng điện năng riêng. Nhưng tựu chung lại STTĐN của khâu phụ trợ sinh ra bởi 06 thành phần (hình 1.3). Hình 1.3. STTĐN theo khâu phụ trợ * Suất tiêu hao điện năng do tổn hao điện năng trên đường dây truyền tải sinh ra. Trong quá 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 và yếu tố tác động đến STTĐN của thiết bị cũng như của khu vực và toàn 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) Hình 1.4. Các phương pháp xác định STTĐN hiện đang sử dụng 2. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TÍNH TOÁN SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CHO CÁC KHÂU CÔNG NGHỆ CHÍNH CỦA MỎ THAN HẦM LÒ 2.1.Tính suất tiêu thụ cho khâu công 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 toán STTĐN cho nhóm thiết bị điện trong một khu vực khai thác như sau: , 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 toán STTĐN của nhóm thiết bị trong một khu vực đào lò: 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 goòng), kWh;Wq.b - điện năng tiêu hao để thông gió cục bộ, kWh;Wnc.b - điện năng tiêu hao bơm nước cục bộ, kWh. * Tính STTĐN cho khâu sàng tuyển mỏ than hầm lò Tương tự tính toán STTĐN của dây chuyền công nghệ sàng tuyển mỏ than hầm lò được xác định theo công thức: , 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 công nghệ tuyển mỏ than hầm lò, t; Wcd - thành phần điện năng, tiêu hao cố định, không phụ thuộc lượng than nguyên khai vào tuyển, kWh; τ - tỉ lệ than các loại (than cục, than xô, than cám, than bùn) nhận được. Với dây chuyền công 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 công 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 công 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 thoát nước công 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 toàn mỏ. * STTĐ nhóm thiết bị phụ trợ được tính theo công thức: , kWh/t; (4) Trong đó: Wk - 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= , kWh; (5) Trong đó: n - số thiết bị phụ trợ trong nhóm; kyc.i - công suất động cơ của thiết bị phụ trợ , i; Pđ.i - công 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 Nguyên 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 công thức cũng có thể được tính gần đúng theo tỉ lệ phần trăm: ΔWdd = 9÷10%; ΔWba = 4÷5%; (6) 3. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG TÍNH TOÁN SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG CHO MỘT KHU VỰC CỦA MỎ THAN HÀ LẦM Việc tính toán 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 toán thiết kế cung cấp điện, thực trạng quản lý tính toán STTĐN của các đơn vị sản xuất than hầm lò vùng Quảng Ninh. Bước 2. Áp dụng phương pháp lý thuyết tính toán STTĐN cho một khu khai thác để làm cơ sở so sánh (cụ thể ta chọn khai thác 5 – KT5 công ty CP than Hà Lầm làm thí điểm chính). Xây dựng phần mềm tính toán STTĐN đơn giản hóa quá trình tính toán. Bước 3. Áp dụng phương pháp thực nghiệm tính toán STTĐN tại KT5 công ty CP than Hà Lầm để so sánh với lý thuyết tính toán. Bước 4. Đánh giá kết quả nhận được và đề ra yêu cầu. Từ đây nhận thấy rất cần có những tính toán 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 toán suất tiêu thụ điện năng cho khu vực khai thác. Với biện pháp tính toán lý thuyết trong quá trình áp dụng tính toán STTĐN việc thu thập và xử lý quá nhiều thông số cùng lúc sẽ rất khó khăn và phức tạp, ảnh hưởng tới kết quả công việc cũng như thời gian thực hiện. Vì vậy ta cần xây dựng phần mềm để đơn giản hóa công 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 hiện đang dùng của công ty, trong đó các thiết bị điện phải có các thông số kỹ thuật phục vụ cho công tác tính toán, các thông số đó là thông số theo quy chuẩn và không thay đổi (khi có sự thay đổi ta phải làm thủ tục thay đổi lại thông số). - Thực hiện tính toán suất tiêu thụ cho từng thiết bị cụ thể, trong quá trình này cần đưa thêm số liệu thực tế. - In báo cáo về suất tiêu thụ theo tính toán. Hình 3.2. Sơ đồ khối chức năng của phần mềm Cơ sở dữ liệu phục vụ tính toán máng cào Cơ sở dữ liệu phục vụ tính toán băng chuyền Hình 3.3. Hình giao diện lựa chọn của phần mềm Thực hiện thu thập thông số của từng thiết bị, sử dụng phần mêm xây dựng được ta tính toán 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 toán lý thuyết TT Thiết bị STTĐN Đơn vị 1 Quạt 2K56- 12N0-24 0,000160 kWh/m3 2 Quạt BOK-15 0,000670 kWh/m3 3 Quạt FBDCZ-No17 0,000075 kWh/m3 4 Quạt FBDCZ-No13 0,000028 kWh/m3 5 Máy nén khí pittong 0,102000 kWh/m3 6 Bơm nước mỏ 0,004800 kWh/m3.m 7 Tời trục 0,071000 kWh/T.m 8 Chiếu sáng 0,118190 kWh/m 9 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 toán được STTĐN cho từng thiết bị đơn lẻ. Chúng ta tiến hành phân tích và tính toán bằng lý thuyết về STTĐN cho một công trường khai thác than cụ thể của một đơn vị. Chọn tính toán STTĐN cho công trường khai thác 5 thuộc Công ty CP than Hà Lầm - Vinacomin. Bảng 3.2. Thống kê tính toán cho khu vực Khai thác 5 TT Tên thiết bị Mã Hiệu P định mức Sản lượng SL Suất tiêu thụ điện năng Điện năng (kW) Giá trị Đơn vị Giá trị Đơn vị 1 Băng tải B800 B800 55 1000 tấn 1 0,05560 kWh/t 55,60 2 Biến áp khoan 1,2 20 m 1 0,04700 kWh/m 0,94 3 Biến áp khoan 1,2 20 m 1 0,04700 kWh/m 0,94 4 Biến áp khoan gương 1,2 20 m 1 0,04700 kWh/m 0,94 5 Biến áp khoan lò đầu 1,2 20 m 1 0,04700 kWh/m 0,94 6 Bơm dịch số 1 37 30 m3 1 1,00000 kWh/m3 30,00 7 Bơm dịch số 2 37 30 m3 1 1,00000 kWh/m3 30,00 14 Máng cào SKAT 60 15 200 tấn 1 0,11610 kWh/t 23,22 15 Máng cào lò -75 SKAT 80 15 200 tấn 1 0,13470 kWh/t 26,94 16 Máng cào lò -XV SKAT 80 15 200 tấn 1 0,13470 kWh/t 26,94 17 Máng cào SGB SGB 520 40 940 tấn 1 0,14890 kWh/t 139,97 18 Máng cào SGB SGB 520 40 940 tấn 1 0,14890 kWh/t 139,97 19 Máng cào SGB SGB 520 40 940 tấn 1 0,14890 kWh/t 139,97 20 Máng cào số 1 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04 21 Máng cào số 2 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04 22 Máng cào số 3 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04 23 Máng cào số 4 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04 24 Máng cào số 5 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04 25 Máng cào số 6 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04 26 Quạt FBD-7,5 7,5 500 m3 1 0,00067 kWh/m3 0,34 27 Tời cào gương 5,5 500 T.m 1 0,00067 kWh/T.m 0,34 Tổng cộng 401,8 585,67 Qua bảng tổng hợp này ta có thể tạm tính suất tiêu thụ điện năng cho phần xưởng theo tính toán là: 3.2. Áp dụng phương pháp thực nghiệm tính toán suất tiêu thụ điện năng cho khu vực khai thác (xây dựng phần mềm tính toán STTĐN) Với phương pháp lý thuyết tính toán STTĐN cho một phân xưởng khai thác thực tế (công 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 căn cứ so sánh tính chuẩn xác thì cần thiết phải áp dụng phương pháp thực nghiệm tính toán STTĐN. Phương pháp đo kiểm khi sử dụng các thiết bị đo kiểm phục vụ kiểm toán như sau: Sử dụng đồng hồ đo lường WM14-96 lắp đặt trước DW tổng, thiết bị này sẽ đo đếm trong nhiều ngày và lưu trữ lại các thông số điện như: điện năng tiêu thụ, dòng điện, điện áp, công suất hoạt động, hệ số công suất đối với toàn bộ các thiết bị trong phân xưởng. Bảng 3.3. Mức tiêu thụ điện năng TT Thời gian Tấn than SP (tấn) ĐNTT (kWh) Suất tiêu thụ (kWh/tấn) 1 Ca 2 ngày 02/12 336 641 1,91 2 Ca 2 ngày 03/12 344 572 1,66 3 Ca 1 ngày 05/12 405 499 1,23 4 Ca 1 ngày 06/12 385 500 1,29 Qua việc tính toán STTĐN bằng 2 phương pháp như trên nhận thấy việc thực hiện tính toán STTĐN bằng thủ công rất khó khăn vì cần nhiều thông số của thiết bị. Chính vì vậy, việc xây dựng một phần mềm tính toán STTĐN nhằm nâng cao hiệu quả công tác quản lý điện năng tại mỗi đơn vị nói riêng và đề xuất phương án tính STTĐN chung cho toàn Tập đoàn Vinacomin là cần thiết và cấp bách. 4. KẾT LUẬN Từ những so sánh việc tính toán 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 công thức tính suất tiêu thụ thống nhất. Dựa vào phương pháp tính toán kết hợp với hệ số thực nghiệm, (*) tính toán 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 thông gió là 1,62.10-3 kWh/m3. Với các thông số đã đề xuất cho thấy cách tính toán này khá sát với thực tế, tương đối chính xác so với một số tài liệu tham khảo. Tài liệu tham khảo. 1 - TS. Phùng Mạnh Đắc. Khảo sát và đánh giá tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong các hộ tiêu thụ trọng điểm vùng Quảng Ninh, xây dựng một số mô hình trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Viện KHCN Mỏ-Vinacomin 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 . Viện KHCN Mỏ-Vinacomin 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)