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 <br /> SẢN XUẤT CỦA CÁC MỎ THAN HẦM LÒ VÙNG QUẢNG NINH <br /> ThS. Vũ Thế Nam<br /> Ks. Phạm Thanh Liêm<br /> Ks. Trần Trọng Hoan, Ks. Lê Quang Tuấn<br /> ̣ ̣ ̣ ̉<br />                     Viên Khoa hoc Công nghê Mo­Vinacomin<br /> Xác định mức tiêu thụ điện năng hợp lý của một mỏ than hầm lò để : lập kế  <br /> hoạch sản xuất hàng năm và dài hạn, giám sát và phân phối điện năng, làm công  <br /> cụ quản lý việc sử dụng điện và làm căn cứ cho quy hoạch điện, giải bài toán cân  <br /> bằng năng lượng.<br /> Yêu cầu nghiên cứu theo phương pháp khoa học, xuất phát từ  thực tế  sản  <br /> xuất của các mỏ hầm lò nước ta, sao cho tính được STTĐN của một mỏ than hầm  <br /> lò nào đó trong năm kế  hoạch tương  ứng với các điều kiện cụ  thể  một cách dễ  <br /> dàng. Tiến tới xây dựng phần mềm chuyên dụng nhằm tính toán STTĐN một cách  <br /> nhanh và chính xác cao.<br /> 1. TỔNG QUAN VỀ SUẤT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG.<br /> 1.1. Xác định khâu tiêu thụ, khu vực tiêu thụ điện năng trong mỏ hầm lò.<br /> Suất tiêu thụ điện năng (STTĐN) là giá trị về mức tiêu hao điện năng để sản <br /> xuất một đơn vị  sản phẩm. Xác định STTĐN nhằm đánh giá hiệu quả  sử  dụng  <br /> điện, từ đó đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng làm giảm chi phí sản xuất  <br /> sản phẩm. Đối với mỏ  than hầm lò thì suất tiêu thụ  điện còn là chỉ  tiêu tổng hợp <br /> để lập kế hoạch hàng năm về  nhu cầu sử  dụng điện năng, ngoài ra còn làm công  <br /> cụ cho việc giám sát, phân phối và quản lý lưới điện là căn cứ trong việc lập quy  <br /> hoạch và thiết kế cung cấp điện cho các mỏ than.<br /> <br /> *   STTĐN   chung   của   mỏ  <br /> hầm lò được sinh ra từ  03   STTĐN cho mỏ Hầm Lò<br /> thành phần chính là (hình  <br /> 1.1).<br /> ­ STTĐN phục vụ khâu công nghệ Tổn hao <br /> STTĐN <br /> STTĐN  điện <br /> ­ STTĐN theo khâu phụ trợ theo <br /> theo phụ  năng trên <br /> công <br /> ­   Tổn  hao   điện  năng   trên  đường  trợ đường <br /> nghệ<br /> dây dây<br /> <br /> Hình 1.1. STTĐN chung của mỏ hầm lò.<br /> <br /> <br /> <br /> 1<br />            * STTĐN theo công nghệ  của  <br /> các khâu sản xuất STTĐN theo công nghệ<br /> <br /> Để  tính STTĐN chung ta cần xác <br /> định được suất tiêu thụ  của khâu công <br /> nghệ.   Trong   khâu   công   nghệ   của   mỏ <br /> than hầm lò có 03 thành phần chính tạo  STTĐN  STTĐN  STTĐN <br /> nên suất tiêu thụ ( hình 1.2). cho Khai  cho Đào  cho Sàng <br /> thác lò tuyển<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1.2. STTĐN theo khâu công <br /> nghệ.<br /> <br /> *  Suất tiêu thụ điện theo khâu phụ trợ<br /> Trong   đơn   vị <br /> khai  thac   than  hầm  lò  STTĐN theo phụ trợ<br /> có rất nhiều khâu phụ <br /> trợ,   mỗi   khâu   đó   tiêu <br /> tốn   một   lượng   điện <br /> STTĐN STTĐN  STTĐN<br /> năng riêng. Nhưng tựu  STTĐN STTĐN STTĐN <br /> cho  cho  cho <br /> chung lại STTĐN của  cho  cho  cho các <br /> khâu  khâu  khâu <br /> khâu  khâu  khâu <br /> khâu   phụ   trợ   sinh   ra  thông  thoát  chiếu <br /> vận tải nén khí khác<br /> bởi   06   thành   phần  gió nước sáng<br /> (hình 1.3).<br /> <br /> <br /> Hình 1.3. STTĐN theo khâu phụ trợ<br /> <br /> * Suất tiêu hao điện năng do tổn hao điện năng trên đường dây truyền tải sinh  <br /> ra.<br /> Trong  quá trình truyền tài điện, có một lượng điện tổn hao được sinh ra bởi  <br /> đường dây và máy biến áp. Đây là thành phần được tính tương đối và có tính chất <br /> ít biến động trong thời gian hoạt động.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 2<br /> 1.2 Các phương pháp xác định STTĐN<br /> <br />                      Qua phân tích trên ta <br /> thấy có rất nhiều thành phần  Phương pháp xác định STTĐN<br /> và   yếu   tố   tác   động   đến <br /> STTĐN của thiết bị  cũng như <br /> của khu vực và toàn mỏ  hầm <br /> lò. Vì vậy cần tìm hiểu và lựa <br /> chọn   phương   pháp   xác   định  Cân bằng  Thực <br /> Thống kê<br /> riêng nghiệm<br /> STTĐN   hợp   lý.   Các   phương <br /> pháp xác định hiện đang được <br /> sử dụng (hình 1.4)<br /> <br /> <br /> Hình 1.4. Các phương pháp xác định STTĐN <br /> hiện đang sử dụng<br /> <br /> 2.  NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TÍNH TOÁN SUẤT TIÊU THỤ  ĐIỆN NĂNG <br /> CHO CÁC KHÂU CÔNG NGHỆ CHÍNH CỦA MỎ THAN HẦM LÒ<br /> 2.1.Tính suất tiêu thụ cho khâu công nghệ chính<br /> * Tính suất tiêu thụ cho khu vực khai thác than<br /> Trong khu vực khai thác thường sử dụng nhiều thiết bị và tính toán STTĐN  <br /> cho nhóm thiết bị điện trong một khu vực khai thác như sau:<br /> Wk.n Wvt.n Wcs .n<br /> Dkt ,             kWh/t         (1)<br /> Z kt<br /> <br /> Trong đó: <br /> Wk.n ­ Điện năng tiêu hao ngày của khoan điện để khoan nổ mìn, kWh;<br /> Wvt.n ­ Điện năng tiêu hao ngày của máng cào để vận tải than ở lò chợ và ở lò <br /> song song chân, kWh;<br /> Wcs.n ­ điện năng tiêu hao ngày để chiếu sáng ở lò song song chân, kWh.<br /> *  Tính STTĐN cho khu vực đào lò<br /> Tương tự tính toán STTĐN của nhóm thiết bị trong một khu vực đào lò:<br /> Wk Wx Wvt Wq.b Wnc.b<br /> Ddt ,  kWh/m; (2)<br /> Z kv<br /> <br /> Trong đó: <br /> Wk ­ điện năng tiêu hao để khoan lỗ  mìn, kWh;Wx  ­ điện năng tiêu hao bốc <br /> xúc than, kWh;Wvt  ­ điện năng tiêu hao cho vận tải than (bằng máng cào, tời kéo <br /> <br /> <br /> 3<br /> goòng), kWh;Wq.b ­  điện năng tiêu hao để thông gió cục bộ, kWh;W nc.b ­ điện năng <br /> tiêu hao bơm nước cục bộ, kWh.<br /> * Tính STTĐN cho khâu sàng tuyển mỏ than hầm lò<br /> Tương tự tính toán STTĐN của dây chuyền công nghệ  sàng tuyển mỏ  than  <br /> hầm lò được xác định theo công thức:<br /> .Z n Wcd<br /> Dth   , kWh/t; (3)<br /> .Z n<br /> <br /> Trong đó:<br />  ­ suất tiêu hao biến đổi theo lượng than nguyên khai vào tuyển, kWh/t;<br /> Zn ­ năng suất năm của dây chuyền công nghệ tuyển mỏ than hầm lò, t;<br /> Wcd  ­ thành phần điện năng, tiêu hao cố  định, không phụ  thuộc lượng than <br /> nguyên khai vào tuyển, kWh;<br /> τ ­ tỉ lệ than các loại (than cục, than xô, than cám, than bùn) nhận được. Với <br /> dây chuyền công nghệ  sàng và nhặt tay τ = 0,617; sàng, máng rửa τ = 0,75; tuyển <br /> lắng, tuyển huyền phù và lọc ép τ = 0,568;Trình tự tính điện năng tiêu hao của các <br /> dây chuyền công nghệ tuyển mỏ than hầm lò như sau: <br /> 2.2. Tính STTĐN cho khâu phụ trợ<br /> Các nhóm thiết bị  phụ  trợ  trên mặt bằng công nghiệp mỏ  bao gồm: Phân <br /> xưởng cơ  điện, trạm bảo dưỡng đầu tầu ­ toa xe, phân xưởng chế  biến gỗ, nhà  <br /> nạp đèn và  ắc qui; thiết bị  nồi hơi, nhà giặt, chiếu sáng, cấp thoát nước công <br /> nghiệp, nước cứu hoả, phòng hành chính, sinh hoạt… điện năng tiêu thụ  của các <br /> nhóm trên chiếm tỷ lệ nhỏ trong tổng tiêu thụ điện năng toàn mỏ.<br /> * STTĐ nhóm thiết bị phụ trợ được tính theo công thức:<br /> Wk<br /> dk   , kWh/t;      (4)<br /> Z. dc . m<br /> <br /> <br /> Trong đó: Wk ­ điện năng tiêu thụ của nhóm thiết bị phụ trợ, kWh;<br /> Z ­ sản lượng than của mỏ, t;<br /> ηđc ­ hiệu suất động cơ của nhóm, lấy ηđc=0,90;<br /> ηm ­ hiệu suất mạng điện 380V cấp điện cho nhóm, lấy ηm=0,95;<br /> * Điện năng tiêu thụ của nhóm thiết bị phụ trợ được tính:<br /> m<br /> Wk=  k yci .Pd .i .T , kWh;             (5)<br /> i 1<br /> <br /> <br /> Trong đó: n  ­ số thiết bị phụ trợ trong nhóm;<br /> kyc.i ­ công suất động cơ của thiết bị phụ trợ , i;<br /> <br /> 4<br />  Pđ.i ­ công suất động cơ của thiết bị phụ trợ i, kW;<br /> T ­ thời gian làm việc của nhóm, h.<br /> 2.3. Xác định tổn hao trên đường dây, máy biến áp<br /> Nguyên nhân gây tổn thất điện năng là tổn thất trong máy biến áp và trên  <br /> mạng cáp chính, cáp mềm. Tổn hao điện năng trên đường dây, đường cáp và máy <br /> biến áp trung gian được tính theo các công thức cũng có thể  được tính gần đúng <br /> theo tỉ lệ phần trăm:<br /> ΔWdd = 9÷10%; ΔWba = 4÷5%;  (6)<br /> 3. NGHIÊN CỨU AP DUNG TINH TOAN SUÂT TIÊU THU <br /> ́ ̣ ́ ́ ́ ̣ ĐIÊN NĂNG<br /> ̣  <br /> CHO MỘT KHU VỰC CỦA MO THAN HA LÂM<br /> ̉ ̀ ̀<br /> Việc tính toán STTĐN cần được thực hiện bằng phương pháp phù hợp,.  <br /> Cần áp dụng các bước sau.<br /> Bước 1. Tìm hiểu thực trạng quản lý tính toán thiết kế cung cấp điện, thực  <br /> trạng quản lý tính toán STTĐN của các đơn vị  sản xuất than hầm lò vùng Quảng  <br /> Ninh.<br /> Bước 2. Áp dụng phương pháp lý thuyết tính toán STTĐN cho một khu khai  <br /> thác để  làm cơ  sở  so sánh (cụ  thể  ta chọn khai thác 5 – KT5 công ty CP than Hà <br /> Lầm làm thí điểm chính). Xây dựng phần mềm tính toán STTĐN đơn giản hóa quá <br /> trình tính toán.<br /> Bước 3. Áp dụng phương pháp thực nghiệm tính toán STTĐN tại KT5 công <br /> ty CP than Hà Lầm để so sánh với lý thuyết tính toán.<br /> Bước 4. Đánh giá kết quả nhận được và đề ra yêu cầu.<br /> Từ đây nhận thấy  rất cần có những tính toán STTĐN cho một khâu cụ thể <br /> trong mỏ hầm lò theo các phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để  so sánh đánh <br /> giá sâu hơn. <br /> 3.1. Áp dụng phương pháp lý thuyết tính toán suất tiêu thụ  điện năng cho  <br /> khu vực khai thác.<br /> Với biện pháp tính toán lý thuyết trong quá trình áp dụng tính toán STTĐN <br /> việc thu thập và xử  lý quá nhiều thông số  cùng lúc sẽ  rất khó khăn và phức tạp, <br /> ảnh hưởng tới kết quả công việc cũng như thời gian thực hiện. <br /> Vì vậy ta cần xây dựng phần mềm để  đơn giản hóa công tác quản lý suất  <br /> tiêu thụ điện năng. Trong phần mềm cần có những tính năng và thành phần sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 5<br />  ­ Cơ  sở  dữ  liệu: trong cơ  sở  dữ  Nhập thông tin ban đầu<br /> liệu có cập nhật tất cả các thiết bị cơ <br /> điện   hiện   đang   dùng   của   công   ty, <br /> Kiểm tra cơ sở dữ liệu Thêm cơ sở dữ liệu<br /> trong đó các thiết bị  điện phải có các <br /> thông số  kỹ  thuật phục vụ  cho công  Chọn thiết bị cần tính <br /> tác tính toán, các thông số  đó là thông  trong cơ sở dữ liệu<br /> <br /> số  theo quy chuẩn và không thay đổi <br /> Nhập số liệu thu thập được <br /> (khi  có  sự  thay  đổi  ta phải  làm thủ  từ sự thay đổi thực tế<br /> tục thay đổi lại thông số).<br /> Tính toán STTĐN<br /> ­   Thực   hiện   tính   toán   suất   tiêu <br /> thụ cho từng thiết bị cụ thể, trong quá <br /> trình này cần đưa thêm số  liệu thực  Thêm thiết bị<br /> <br /> tế.<br /> ­ In báo cáo về suất tiêu thụ theo  In báo cáo STTĐN<br /> <br /> tính toán.<br /> <br /> Hình 3.2. Sơ đồ khối chức năng của <br /> phần mềm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Cơ  sở  dữ  Cơ  sở  dữ <br /> liệu  phục  liệu  phục <br /> vụ tính toán  vụ tính toán <br /> máng cào băng <br /> chuyền<br /> <br /> <br /> Hình 3.3. Hình giao diện lựa chọn của phần mềm<br />   Thực hiện thu thập thông số  của từng thiết bị, sử dụng phần mêm xây dựng <br /> được ta tính toán được STTĐN của một số thiết bị điển hình (bảng 3.1).<br /> Bảng 3.1. Thống kê một số kết quả thu được từ tính toán lý thuyết<br /> TT Thiết bị STTĐN Đơn vị<br /> <br /> <br /> 6<br />  1 Quạt 2K56­ 12N0­24 0,000160 kWh/m3<br /> 2 Quạt BOK­15 0,000670 kWh/m3<br /> 3 Quạt FBDCZ­No17 0,000075 kWh/m3<br /> 4 Quạt FBDCZ­No13 0,000028 kWh/m3<br /> 5 Máy nén khí pittong 0,102000 kWh/m3<br /> 6 Bơm nước mỏ 0,004800 kWh/m3.m<br /> 7 Tời trục 0,071000 kWh/T.m<br /> 8 Chiếu sáng 0,118190 kWh/m<br /> 9 Tầu điện 3,830000 kWh/T.km<br /> 10 Băng tải B800 0,055000 kWh/t<br /> 11 Băng tải B1000 0,386700 kWh/t<br /> 12 Máng cào SKAT60 0,116000 kWh/t<br /> 13 Máng cào SKAT80 0,134700 kWh/t<br /> 14 Máng cào SGB520 0,148900 kWh/t<br /> <br /> Sau khi tính toán được STTĐN cho từng thiết bị  đơn lẻ. Chúng ta tiến hành  <br /> phân tích và tính toán bằng lý thuyết về  STTĐN cho một công trường khai thác  <br /> than cụ  thể  của một đơn vị. Chọn tính toán STTĐN cho công trường khai thác 5 <br /> thuộc Công ty CP than Hà Lầm ­ Vinacomin. <br /> Bảng 3.2. Thống kê tính toán cho khu vực Khai thác 5<br /> P <br /> Suất tiêu thụ điện <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Điện năng<br /> định  Sản lượng<br /> năng<br /> TT Tên thiết bị Mã Hiệu mức SL<br /> Giá  Đơ<br /> (kW) Giá trị Đơn vị<br /> trị n vị<br /> 1 Băng tải B800 B800 55 1000 tấn 1 0,05560 kWh/t 55,60<br /> 2 Biến áp khoan 1,2 20 m 1 0,04700 kWh/m 0,94<br /> 3 Biến áp khoan 1,2 20 m 1 0,04700 kWh/m 0,94<br /> 4 Biến áp khoan gương 1,2 20 m 1 0,04700 kWh/m 0,94<br /> 5 Biến áp khoan lò đầu 1,2 20 m 1 0,04700 kWh/m 0,94<br /> 6 Bơm dịch số 1 37 30 m3 1 1,00000 kWh/m3 30,00<br /> 7 Bơm dịch số 2 37 30 m3 1 1,00000 kWh/m3 30,00<br /> 14 Máng cào SKAT 60 15 200 tấn 1 0,11610 kWh/t 23,22<br /> 15 Máng cào lò ­75 SKAT 80 15 200 tấn 1 0,13470 kWh/t 26,94<br /> 16 Máng cào lò ­XV SKAT 80 15 200 tấn 1 0,13470 kWh/t 26,94<br /> 17 Máng cào SGB SGB 520 40 940 tấn 1 0,14890 kWh/t 139,97<br /> 18 Máng cào SGB SGB 520 40 940 tấn 1 0,14890 kWh/t 139,97<br /> 19 Máng cào SGB SGB 520 40 940 tấn 1 0,14890 kWh/t 139,97<br /> 20 Máng cào số 1 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04<br /> 21 Máng cào số 2 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04<br /> <br /> 7<br /> 22 Máng cào số 3 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04<br /> 23 Máng cào số 4 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04<br /> 24 Máng cào số 5 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04<br /> 25 Máng cào số 6 SKAT 80 15 30 tấn 1 0,13470 kWh/t 4,04<br /> 26 Quạt FBD­7,5 7,5 500 m3 1 0,00067 kWh/m3 0,34<br /> 27 Tời cào gương 5,5 500 T.m 1 0,00067 kWh/T.m 0,34<br /> Tổng cộng 401,8           585,67<br /> <br /> Qua bảng tổng hợp này ta có thể tạm tính suất tiêu thụ điện năng cho phần <br /> xưởng theo tính toán là:<br /> 1000<br /> d px 1,71kWh / t<br /> 585,67<br /> <br /> 3.2. Áp dụng phương pháp thực nghiệm tính toán suất tiêu thụ điện năng cho  <br /> khu vực khai thác (xây dựng phần mềm tính toán STTĐN)<br /> Với phương pháp lý thuyết tính toán STTĐN cho một phân xưởng khai thác <br /> thực tế  (công trường khai thác 5 ­ mỏ  than Hà Lầm) đã đưa ra được các giá trị <br /> STTĐN cho các thiết bị đặc trưng của mỏ. Để đánh giá một cách khách quan và có <br /> căn   cứ   so   sánh   tính   chuẩn   xác   thì   cần   thiết   phải   áp   dụng   phương   pháp   thực  <br /> nghiệm tính toán STTĐN.<br /> Phương pháp đo kiểm khi sử dụng các thiết bị đo kiểm phục vụ  kiểm toán <br /> như  sau: Sử  dụng đồng hồ  đo lường WM14­96 lắp đặt trước DW tổng,  thiết bị <br /> này sẽ  đo đếm trong nhiều ngày và lưu trữ  lại các thông số  điện như: điện năng <br /> tiêu thụ, dòng điện, điện áp, công suất hoạt động, hệ số công suất… đối với toàn <br /> bộ các thiết bị trong phân xưởng.<br /> Bảng 3.3. Mức tiêu thụ điện năng<br /> Tấn than  ĐNTT Suất tiêu thụ<br /> TT Thời gian<br /> SP (tấn) (kWh) (kWh/tấn)<br /> 1 Ca 2 ngày 02/12 336 641 1,91<br /> 2 Ca 2 ngày 03/12 344 572 1,66<br /> 3 Ca 1 ngày 05/12 405 499 1,23<br /> 4 Ca 1 ngày 06/12 385 500 1,29<br /> <br /> Qua việc tính toán STTĐN bằng 2 phương pháp như  trên nhận thấy việc <br /> thực hiện tính toán STTĐN bằng thủ công rất khó khăn vì cần nhiều thông số của  <br /> thiết bị. Chính vì vậy, việc xây dựng một phần mềm tính toán STTĐN nhằm nâng <br /> cao hiệu quả  công tác quản lý điện năng tại mỗi đơn vị  nói riêng và đề  xuất <br /> phương án tính STTĐN chung cho toàn Tập đoàn Vinacomin là cần thiết và cấp <br /> bách.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 8<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Từ những so sánh việc tính toán STTĐN bằng lý thuyết với thực tế kết hợp <br /> với các hệ số thực nghiệm, có thể thấy rằng cần tăng cường quản lý cũng như có <br /> một phương pháp và công thức tính suất tiêu thụ thống nhất. <br /> Dựa vào phương pháp tính toán kết hợp với hệ số thực nghiệm, (*) tính toán <br /> được STTĐN cho các khâu khai thác là 1,915 kWh/t ; khâu đào lò là 12,362 kWh/t  <br /> (đào lò than); vận tải là 0,5477 kWh/t; chiếu sáng 0,118 kWh/m và thông gió là <br /> 1,62.10­3 kWh/m3. Với các thông số đã đề xuất cho thấy cách tính toán này khá sát  <br /> với thực tế, tương đối chính xác so với một số tài liệu tham khảo. <br /> Tai liêu tham khao.<br /> ̀ ̣ ̉<br /> ̣<br /> 1 ­ TS. Phung Manh Đăc. Kh<br /> ̀ ́ ảo sát và đánh giá tiềm năng tiết kiệm năng lượng  <br /> trong các hộ tiêu thụ trọng điểm vùng Quảng Ninh, xây dựng một số mô hình trong <br /> Tập đoàn Công nghiệp Than ­ Khoáng sản Việt Nam về  sử dụng năng lượng tiết <br /> kiệm và hiệu quả. Viên KHCN Mo­Vinacomin 2010.<br /> ̣ ̉<br /> 2 ­ Ths. Vũ Thế  Nam. Nghiên cứu xác định suất tiêu hao điện năng cho các khâu <br /> sản xuất của mỏ  than hầm lò vùng Quảng Ninh .  Viên KHCN Mo­Vinacomin<br /> ̣ ̉  <br /> 2011.<br /> Ghi chú: (*) STTĐN trong bài báo này được sử dụng dựa trên cơ sở lựa chọn khu  <br /> vực và thiết bị sao cho: kiểu thiết bị tương đồng thực tế, số  lượng thiết bị  được  <br /> lựa chọn chỉ là tạm thời ( số lượng thiết bị trong khu vực trên thực tế có thể khác  <br /> nhiều)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 9<br />