電力を供給し続けるために、炭鉱が新技術を採用

背景

米国西部の平野では一般家庭もビジネスも石炭火力発電に依存しています。燃料となる石炭はワイオミング州の炭鉱で生産されています。

毎年、およそ600万トンもの石炭がこの炭鉱から登録発電事業者に列車で運び込まれ発電に使われています。

この電気は一般家庭の暖房やプラントの運用に使用されたりデジタル機器の電力となります。

原料は2つの露天掘り炭鉱でとれる原炭です。原炭は巨大なドラグライン掘削機械で掘り出された後ダンプトラックへと積み込まれます。

黒い石炭はトラックの荷台から破砕機へと移され、そこで小さな欠片になるまで砕かれます。砕かれた石炭はコンベアベルトで貯炭サイロへと運ばれます。

コンベアネットワークは「循環システム」となっており、石炭を破砕機から選炭プラント(ここで水洗し選別する)へと運んでいきます。

石炭はその後、貯炭サイロへと運ばれ、すぐに列車に積み込まれます。石炭を1分間当たり約300m (1000フィート)強の早さで搬送するコンベア。その原動力は強力なモータです。

課題

元のコンベアシステムは1980年の前半に作られたもので、最適というにはほど遠い代物でした。このシステムは膨大な電力を消費し信頼性が低く、急停止時と始動時には耳をつんざくようなノイズを発していました。

毎日24時間、1時間当たりに2250トンもの石炭を搬送し必要とする人に必要なときに届けられるようにするには、信頼性の高い機器が必要なのにです。

また、現場にユーティリティプラントを建設するにあたり、石炭がスムーズに流れるシステムが必要だったことから、信頼性がますます問題となっていました。

そこで炭鉱の担当者らはエネルギー効率の向上と運用コストの削減を目標にエネルギー使用量の分析を行ないました。まず調べたのは、コンベアベルトを駆動する機器でした。

コンベアベルトのモータは油圧装置で駆動していましたが、これは機械ベースで磨耗が激しく、メンテナンスコストがかさむ原因となっていました。

また、油圧装置の一部である流体カップリングは気まぐれで、コンベアのダウンタイムを多発させていたうえにノイズが大きく、信頼性に欠けエネルギーを膨大に消費していました。

そのうえ、油圧装置は高圧、高温で保守作業員にとって安全上のリスクもありました。求めているソリューションそして結果を出すには、流体カップリングの使用をやめて自動化しなければならないことがはっきりしていました。

ソリューション

各オプションを評価し同業者に相談したうえで、コンベアベルトにAllen-Bradley^®のPowerFlex^® 7000可変周波数ドライブを取付けることにしました。

可変周波数ドライブは油圧装置に比べモータ速度を正確に制御できるため、使用するエネルギー量が少なくて済みます。

可変周波数ドライブなら、例えばコンベアベルトの場合、モータ始動に必要な電流がFLAの650% (直入始動時の典型的な電流値)からFLAの150% (電流を制限するVFD始動時の典型的な電流値)に減少します。ロータを特殊設計する必要はありません。

その間、始動トルクは全負荷トルクのおよそ150%に上昇することがあります。

直線加速またはS字加速を使用すれば、ベルト始動時に過度の電圧低下が発生せず 、機械式のドライブトレイン(ギアボックスやベルト張力システムなどを含む)もモータの破壊トルクに晒されることがありません。

速度制御は変数が無限にあり、これを使用してベルトの負荷を等しく調整できるため、モータの始動やコンベアベルトの減速(坑内で問題があり石炭の搬送に支障が出た場合など)が簡単にできます。

ドライブの取付けはまず、コンベア・ベルト・ネットワークの最初の部分について行ないました。それに続き、破砕機と選炭プラントの間など、段階的に追加されています。

また、炭鉱のエネルギー使用量をリアルタイムで追跡できるよう、Allen-Bradley PowerMonitor^™も取付けました。

結果

この炭鉱では期待以上の成果がありました。新しくドライブを取付けたことで現場のノイズが著しく低下したほか、予定外のダウンタイムも減りました。

ダウンタイムの改善度はまだ数字になっていませんが、ダウンタイムが減りスムーズに稼動できるようになったことは間違いありません。一方、電力使用量は数字ではっきり示され、1月当たり3000ドルのコスト節減に成功していることがわかっています。

コンベアの制御力が向上し、石炭の搬送と列車への積込みが以前よりスムーズに、そして正確になりました。

何トンもの石炭を取り扱うこの炭鉱で出る誤差は、わずか45kg (100ポンド)前後となりました。

この炭鉱では、残りのコンベアベルトにも可変周波数ドライブを取付けて炭鉱全体でそのメリットを享受する方向に進んでいます。

ここで紹介した成果は、お客様の組織でロックウェル・オートメーション製品およびサービスをその他の製品と併用した結果です。実際の成果は事例ごとに異なる場合があります。

商標について：Allen-Bradley、PowerMonitor、PowerFlexは、Rockwell Automation Inc.の商標です。