[中学教育]煤矿乳化泵节能技术推介

[中学教育]煤矿乳化泵节能技术推介 煤矿乳化泵节能技术推介 乳化泵是井工煤矿采掘工作面液压支护设备的动力源。随着煤矿综采支架及单体液压支柱的普及，乳化泵的装机容量越来越大，使用数量也越来越多。据调查统计，目前大多数煤矿乳化泵站仍以井下分散式设置为主，乳化泵仍以工频运行为主，各个煤矿乳化泵年耗电量根据煤矿生产规模在40,300万Kwh之间，成为煤矿主要用电设备之一。因此，探索煤矿乳化泵节电运行技术或 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，对煤矿节约用电和提高煤矿经济效益具有极其重要的意义。笔者从事煤矿乳化泵使用和管理工作达30多年，并从2000年开始探索乳化泵变频节能技术，在乳化泵节电方面积累了一定的经验，现将自己的一些浅显认识或经验介绍如下，希望能对广大同行有一定的启发和借鉴。 一、乳化泵节能空间分析 采用传统的分散式供液系统和乳化泵工频运行方式主要存在以下几个方面的能量无效损耗: 一是就整个矿井而言，采用传统的“一面一站”的分散式供液方式，其安装和运行的乳化泵台数多，不仅消耗电能多，而且还增加了设备初期投入和运行成本。采用分散式供液，每个工作面需设置一个乳化泵站，而大多数煤矿具有1个以上工作面同时作业，则每个工作面安装2台乳化泵(一用一备)，全矿井就得安装和运行多台乳化泵。因为煤矿工作面作业为间隙性用液，每小班用液时间占乳化泵的运行时间不到20%，则80%以上的时间乳化泵处于无效运行，因此，运行的乳化泵台数越多，无效消耗的电能也就越多，成为煤矿企业一种巨大浪费现象。 二是工作面乳化泵的装机容量通常是以满足工作面用液最大需量和压力为依据的，而实际中，乳化泵的绝大多数时间并不是满载运行，而是处于空载或半空载运行状态。乳化泵装机容量越大，无效运行消耗的能量也就越多，同时，设备容量越大，其购置成本也越高。 三是乳化泵在工频运行状态下，无论工作面是否用液其均处于快速运转状 态，造成了大量的空载损耗。实际中，乳化泵在工频运行状态时，即使在工作面未用液的情况下(即“卸载”状态下)，乳化液通过乳化泵吸、排液阀和卸载阀形成循环流动，造成液流摩擦损耗，使乳化液温度升高，同时乳化泵在高速运转条件下，泵体本身的机械磨损和其电机的损增加。根据实际测定，乳化泵在“空载”时负荷率占满负荷的50%以上，且在每个小班乳化泵空载运行时间占80%以上，这就造成了大量的能量浪费。 二、主要节能措施 由以上分析可知，乳化泵在运行过程中存在着大量无效能量损耗。笔者针对这些损耗，提出以下节能措施，以供参考选用。 措施一: 建立矿井集中供液系统，最大限度减少乳化泵的运行台数和容量。所谓矿井集中供液，就是综合考虑整个矿井用液情况，在矿井地面或井下建立集中供液站，用供、回液管路将泵站与工作面用液设备相连，从而形成完整的供液系统。各煤矿可以根据各用液工作面的分布情况，每矿井建立1个(少数供液距离太分散的矿井可以建1个以上)乳化泵站，每个泵站为1个以上用液工作面供液。采用集中供液优势就是根据井下各工作面为间隙性用液的特点，利用“大系统”供液的均衡作用，并可在液压系统中加装蓄能补液装置，从而大大地提高了乳化泵的负荷率。一般情况下，全矿井或一个区域仅运行一台乳化泵就能满足各工作面的供液，避免了原多台设备同时运行和设备大多数时间处于无效运行的状况，减少乳化泵的安装台数和装机容量，从而节约了大量的电能。同时，因为乳化泵安装在地面或井下固定机电硐室，避免了泵站设备的搬迁，方便了设备维护和管理。 措施二: 对乳化泵加装变频自动控制，消除乳化泵的空载运行。乳化泵加装变频控制后，实现了乳化泵软启动和软停机，使得乳化泵的启、停变得非常容易，这为乳化泵的恒压运行奠定了基础。若在控制系统中采用PID恒压控制技术，则可使乳化泵运行在一种理想的保压状态，即当采掘工作面不用液时，供液系统中压力保持在设定的压力值不变(在系统管路不漏液的理想状态下)，乳化泵不 需要对供液管路进行补液而停止运转;当工作面用液时，供液管路中压力下降，则乳化泵根据管路中实际压力值偏离设定值的多少决定运转速度，工作面用液越多，乳化泵运转的速度越快，反之，则运转越慢，从而始终保持供液管路中压力不变，实现了恒压、按需供液，消除了乳化泵的空转状态。事实上，煤矿井下工作面的用液均为短暂、间隙性用液状态，则乳化泵需要进行补液的时间很短，加之在供液系统中采取蓄能稳压措施，则乳化泵一般只在短时、慢速状态下工作，其节电效果十分明显。 以上两种节能措施均比较有效，但在实际应用中，通常将两种措施结合起来应用，即采用“集中供液+变频控制”的综合措施，其优势更加明显，节电效果也就更加突出。应用节能综合措施时，可选择在地面或井下建立集中供液站，并对乳化泵加装变频自动控制系统，这样，一则实现了以“一站代多站”的形式，可以最大限度地减少乳化泵的安装和运行台数、容量，二则实现了泵站“恒压、按需供液”，消除了乳化泵的空载运行状况。 三、节能效果分析 (一)单台乳化泵加装变频器节能分析 下面以某一综采工作面为例来分析计算其节能效果: 某一综采工作面安装了BRW200/31.5型乳化泵2台(一用一备)，单台电机功率为125KW。乳化泵每小班运行时间一般为7小时,工作面实际用液时间(折算为乳化泵连续满载供液时间)约1小时,空运行时间为6小时。 1(乳化泵采用工频运行方式时的用电量计算如下: (1)乳化泵空载运行消耗的电量为: W=ktN (kwh) 11 式中:W-乳化泵空载运行时消耗的电量kwh; 1 k-乳化泵空运行时的负荷率，根据实际测定为k=0.55; t-乳化泵每小班空运行时间，t=6h; N-单台乳化泵电机额定功率，N=125kw; 11 将以上数据代入上式得空载用电量: W=0.55×6×125=412.5(kwh) 1 (2)乳化泵满载运行时的用电量按下式进行计算: W=KtN (kwh) 2111 式中: W-乳化泵满载运行时消耗的电量kwh; 2 K-乳化泵满载运行电机负荷率，取K=0.85; 11 t-乳化泵满载运行时间t=1h; 11 将数据代入得: W=0.85×1×125=106.3(kwh) 2 (3)每小班总用电量 W=W+W=412.5+106.3=518.8(kwh) 12 2(乳化泵采用变频运行方式时的用电量计算如下: 采用变频运行方式后，由于实现了“恒压、按需供液”，乳化泵在工作面不用液时不会运转,即无空载运行损耗。根据实际测试，乳化泵变频运行的平均负荷率为0.2以下(这里取0.2)，故其每小班用电量按下式计算: W=ktN(kwh) 3221 式中:W-乳化泵采用变频控制后每小班消耗电量(kwh); 3 K,乳化泵变频运行平均负荷率，为0.2; 2 t-乳化泵每小班运行时间，t=7h; 2 将以上数据代入得: W=0.2×7×125=175(kwh) 3 3(年节电量及节电率计算 每小班节电量为: ΔW=W-W=518.8-175=343.8(kwh) 3 年节电量为: W=3×330×343.8=340362(kwh) 年 节电率为: ξ,ΔW/ W,343.8/518.8,66.3% (二)采用“集中供液+变频控制”的节能分析 下面以某一煤矿为例来分析计算节能效果: 某煤矿有2个综采工作面，原采用分散式，每个工作面设置一个泵站，每个工作面安装了BRW200/31.5型乳化泵2台(一用一备)，单台电机功率为125KW，工频运行方式。为节约用电，该煤矿在地面建立了集中供液站。集中供液站安装BRW200/31.5型乳化泵2台(一用一备)，单台电机功率为125KW，采用变频自动控制方式。 1(采用分散式供液的用电量情况: 根据该煤矿作业的特点，综采工作面乳化泵每小班运行时间一般为7小时, 工作面实际用液时间(折算为乳化泵连续满载供液时间)约1小时,空运行时间6小时。用电量计算如下: (1)乳化泵空载运行时的用电量可按下式进行计算: W=ktN (kwh) 42 式中:W-乳化泵空运行时消耗的电量kwh; 4 k-乳化泵空运行时的负荷率，根据实际测定为k=0.55; 空载运行时间，t=6h; t-乳化泵每小班 N-分散式供液方式运行2台乳化泵电机额定总功率，N=250kw;22 将以上数据代入上式得: W=0.55×6×250=825(kwh) 4 (2)乳化泵满负荷运行时的用电量按下式进行计算: W=KtN (kwh) 5111 式中: W-乳化泵满载运行时消耗的电量kwh; 5 K-乳化泵满载运行时的负荷率，取K=0.85; 11 t-乳化泵满载运行时间t=1h; 11 将数据代入得: W=0.85×1×250=212.5(kwh) 5 (3)每小班总用电量 ’W=W+W=825+212.5=1037.5(kwh) 45 2(采用地面集中供液方式后的用电情况: 采用地面集中供液方式后，全矿井仅运行1台乳化泵，其功率为125KW。由于实现了“按需供液”， 乳化泵在井下不用液时不会运转,即无空和半空载运行损耗。根据实际测试，乳化泵运行的平均负荷率为0.25以下(这里取0.25)，故每小班用电量按下式计算: W=ktN(kw) 6332 式中:W-采用集中供液后，乳化泵每小班消耗的电能(kwh);6 K,乳化泵的平均负荷率，为0.25; 3 T-乳化泵每小班运行时间，t=7h; 3 N-集中供液运行乳化泵额定功率，N=125kw; 22 将以上数据代入得: W=0.25×7×125=218.8(kwh) 6 3(年节电量及节电率计算 每小班节电量为: ’ΔW=W-W=1037.5-218.8=818.7(kwh) 16 年节电量为: ’W=3×330×818.7=810513(kwh) 年 节电率为: ’’ξ,ΔW/ W, 818.7/1037.5,78.9% 1 四、对技术推广应用中存在的误区释疑 在对矿井集中供液和乳化泵变频技术的推广应用过程中，目前仍有部分煤矿对技术的可行性和适用性等问题持置疑态度，使其一时不能被接受。为迅速推进该项技术应用进程，笔者就目前存在的以下认识上的偏差或误区予以分析和说明: 误区一:对于开采范围大的老矿井，其供液距离远，需铺设的管路长，则一次性投入成本会过高，且日后管路维护量大。 分析和说明:目前，大多数老矿井开采半径达到数千米，深度数百米甚至超过1千米，供液管路的铺设长度确实较长。但因为工作面支护设备为间隙性 用液，用液量并不多，同时系统供液压力至小达到10兆帕以上，故供液管路主要采用小管径无缝钢管，一般年产200万吨级的矿井，主管路管径(外径)?60mm，管路连接采用矿用K型快速接头，铺设管路投入的资金不超过50万元，且拆装均十分方便，使用十分可靠，很少发生漏液现象，即使发生了个别漏液现象，也只需更换一下密封圈。因为管路中每隔100M安装一根橡胶管，管路拆装、修理均比较容易。从实际应用的效果来看，部分煤矿主供液管路已经使用了10多年，并未发生大的故障，是一个真正意义上的“一劳永逸”项目。 误区二:集中供液为远距离供液，供液距离太远时乳化液压降一定很大，这就保证不能保证供液压力。 分析和说明:工作面支护作业时均为间隙性用液，其用液量并不是很大，在流过管路流量不大的情况下，则管路损失也就不大，相对于所传导的乳化液压力来说，其管路损失基本可以忽略。同时，根据连通器原理，在用液支架活柱伸出，其顶端接触到岩石顶板后，供液系统流量等于零，其压力立即回升到设定压力，不存在压力降的问题。事实上，乳化供液系统中供液管径选择的大小仅影响支架活柱的升降速度，而与供液距离的远近和压力损失无关。实际中，供液管路长度一般可达10Km以上。 事实上，随着乳化泵变频控制技术不断进步和发展，已经有部分煤矿正逐步推广应用乳化泵集中供液和变频控制技术，并取得了很好的应用效果。近年来，长沙市松风自动化设备有限公司与湖南省煤业集团兴源矿业公司、湘永矿业公司等单位进行技术合作，探索和研发煤矿地面、井下集中供液技术，获得了巨大成功，实测各项目的综合节电率均在80%左右。该技术已在湖南和贵州各煤矿得到了逐步推广应用，被誉为“煤矿节能效果最好的实用新型技术”。 误区三:乳化泵在变频控制时不能做到在20HZ以下的低速段运行，否则，将使乳化泵电动机烧坏，因此，乳化泵加装变频控制不能完全消除乳化泵的空载运行，其节能效果并不大。 分析和说明:在实际应用过程中，因为工作面用液为间隙性短时用液，大多数时间乳化泵不需要供液，这样，乳化泵在变频运行条件下，大多数时间处 于低速或停机状态。乳化泵运行在变频低速状态下，其电机的实际电流大(约等于电机的额定电流)，而散热风叶因转速变慢其使散热效果变差，从而引起电机温度升高。为防止烧坏电机，目前几乎所有控制设备厂家不得不将乳化泵的最低转速设定在20HZ以上，使变频控制的节能效果变差。根据笔者的经验，上述做法实际上是走进了一个误区。事实上，根据工作面只需间隙性短时用液的特点，相对于工频运行，乳化泵在变频控制条件下只需慢速短时运行，大多数时间处于停机休眠状态，对乳化泵电机来说在通电时间变短时，其发热量就减少，加之大多数厂家在乳化泵电机的功率有较大的富余，因此在运行过程中电机温度并不会持续升高。相反，大多数情况下甚至比工频运行更低。