主排水經(jīng)濟(jì)分析研究及應(yīng)用

林賀輝， 牛文橋， 黃清杰

(永城煤電控股集團(tuán) 棗園煤業(yè)有限公司， 河南 禹州 452570)

0 引言

棗園煤業(yè)有限公司現(xiàn)主排水泵房為-150中央泵房，安裝MD300-65×9型礦用耐磨多級(jí)離心泵5臺(tái)，配套電動(dòng)機(jī)功率800 kW，鋪設(shè)4趟排水管路，其中φ273 mm排水管路兩趟，φ219 mm排水管路兩趟，排水高度約480 m，礦井目前正常涌水量360 m3/h，最大涌水量430 m3/h。

目前礦井每天開(kāi)泵時(shí)間約26 h，排水電度每月平均6.0×105kW·h，電費(fèi)每月45萬(wàn)元。礦井每月用電總量為1.75×106kW·h，電費(fèi)125萬(wàn)元左右，排水電費(fèi)占礦井總電費(fèi)的36%，這增加了礦井生產(chǎn)成本，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)一定困難，對(duì)此通過(guò)對(duì)礦井排水系統(tǒng)進(jìn)行分析，并提出優(yōu)化節(jié)能改造方案。

1 排水系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能改造方案

1) 水位“高”時(shí)，通過(guò)可靠高水位提高排水效率。 礦井高倉(cāng)滿倉(cāng)水位為3.6 m，內(nèi)水倉(cāng)空倉(cāng)，使用外水倉(cāng)。正常排水開(kāi)泵水位規(guī)定由原來(lái)的1.4 m提升至2.8 m，經(jīng)過(guò)測(cè)試，其對(duì)水泵效率有一定影響。通過(guò)與河南煤科院合作，測(cè)試同一臺(tái)水泵在高低水位的效率，發(fā)現(xiàn)在同一臺(tái)泵和管路下，高水位比低水位效率提高4%，并且高水位在發(fā)射流時(shí)能夠快速達(dá)到相應(yīng)負(fù)壓，減少水泵氣蝕發(fā)生[1]。

2) 電價(jià)“低”時(shí)，集中利用最低電價(jià)段排水。礦井電度單價(jià)執(zhí)行峰谷電費(fèi)峰值電價(jià)0.94元/(kW·h)，平段電價(jià)0.61元/(kW·h)，谷值電價(jià)0.33元/(kW·h)。礦井對(duì)水倉(cāng)由原來(lái)的2 500 m3擴(kuò)容至3 900 m3。通過(guò)水倉(cāng)在峰值進(jìn)行存水，利用平段進(jìn)行調(diào)整水位控制在安全水位以下，利用谷段集中兩臺(tái)泵開(kāi)8 h把水位降至最低水位。低谷時(shí)開(kāi)泵電費(fèi)760×8×0.33=2 006.4 元，相比高峰時(shí)開(kāi)泵電費(fèi)760×8×0.94=5 715.2，每年節(jié)約費(fèi)用(5 715.2-2 006.4)×365=1 353 712元。

3) 管路“優(yōu)”，利用4趟排水管路優(yōu)化組合。正常開(kāi)泵時(shí)用φ273 mm管路排水，φ219 mm管路作為備用管路，通過(guò)大管路配合排水減少損耗[2]。兩趟管路具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 兩趟管路參數(shù)

由計(jì)算得到管路的阻力為：

2.423×10-4h2/m5

通過(guò)以上公式計(jì)算管路，配合φ273 mm管路阻力系數(shù)較小，水泵效率較高[3]。

4) 排水設(shè)備狀態(tài)“好”，通過(guò)對(duì)水泵檢修控制水泵傳軸量和配件間隙配合更換提升效率。由圖1可知，水泵在工作過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生容積損失、水力損失、機(jī)械損失，容積損失包括密封縫隙循環(huán)流損失以為填料和平衡的泄漏損失等，其中葉輪大、小口環(huán)的配合間隙對(duì)水泵特性和效率影響較大[4]。大口環(huán)間隙由0.3 mm增加到0.5 mm，效率下降4%，小口環(huán)間隙由0.5 mm增加到0.5 mm時(shí)效率下降5%左右[5]。

圖1 水泵運(yùn)行曲線圖

圖2為水泵平衡圖，由圖2可以看出，吸水量與排水量的差別主要是平衡盤(pán)的損失，通過(guò)制定水泵檢修細(xì)則及平衡環(huán)平衡盤(pán)口環(huán)檢修標(biāo)準(zhǔn)及更換周期，保證水泵檢修保持在高效率，水泵傳軸量在2～4 mm，通過(guò)對(duì)比測(cè)量數(shù)據(jù)水泵效率提高3%。

2 礦井排水的數(shù)據(jù)測(cè)試

河南省煤科院反復(fù)對(duì)礦井排水測(cè)試了數(shù)據(jù)：

1) 1#泵。流量272 m3/h，輸入功率625.12 kW，水泵效率為64.86%，噸水電耗 0.46 kW·h/t。

2) 2#泵。流量 278 m3/h，功率 646.25 kW，效率為66.76%，噸水百米電耗0.47 kW·h/t。

3) 3#泵。流量314 m3/h，功率689.09 kW，效率為66.83%，噸水電耗0.44 kW·h/t。

4) 4#泵。流量316 m3/h，功率700.18 kW，效率為66.19%， 噸水電耗0.45 kW·h/t。

5) 5#泵。流量320 m3/h，功率701.94 kW，效率為0.66.86% ，噸水電耗0.44 kW·h/t。

通過(guò)管路配合水泵效率變化以5#泵為例，見(jiàn)表2。

3 優(yōu)化方案的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果

通過(guò)擴(kuò)水倉(cāng)高水位低谷電價(jià)排水，提高了排水效率，排水電費(fèi)由0.94元/(kW·h)降至0.33元/(kW·h)，通過(guò)水泵檢修和管路配合水泵效率提高了6%左右，噸水百米電耗由去年0.49 kW·h/t降至0.44 kW·h/t。綜合分析噸水百米電費(fèi)由0.46元/t降至0.145元/t，每年排水電耗節(jié)約電費(fèi)(0.46-0.145)×24×360×365=96 889.6元，為礦井節(jié)約大量資金。

4 結(jié)論

針對(duì)礦井主排水耗電比例大的情況，采取水倉(cāng)水位高，水泵管路組合方式等措施，通過(guò)優(yōu)化組合大大提升了水泵運(yùn)轉(zhuǎn)能力，提高了排水效率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果。