煤礦乳化液地面集中供液節(jié)能分析.doc

煤礦乳化液地面集中供液節(jié)能分析一、引言隨著煤礦采煤工作面支護(hù)液壓化的推廣應(yīng)用，乳化液泵站已成為煤礦普遍使用的設(shè)備之一。傳統(tǒng)的井下分散式供液每個(gè)工作面裝備一個(gè)泵站系統(tǒng)，泵站一般裝置23臺(tái)乳化泵，一用一備或兩用一備。乳化泵單機(jī)容量一般在幾十至幾百千瓦，每小班運(yùn)行時(shí)間約7小時(shí)，其用電量較大。煤礦采煤工作面支護(hù)作業(yè)雖然為間隙性用液，但用液必須是“隨用隨取”，故乳化泵必須始終處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，因此大部分時(shí)間處于無(wú)效運(yùn)行狀態(tài)。而且，因?yàn)橹ёo(hù)作業(yè)過程中有時(shí)需要支護(hù)設(shè)備快速動(dòng)作，其短時(shí)用液量較大，要求所安裝的乳化泵具有足夠大的容量，因此，乳化泵是煤礦的主要耗電設(shè)備之一。盡管目前乳化泵在結(jié)構(gòu)上采用了先導(dǎo)式卸載閥，使乳化泵在卸載運(yùn)行階段處于“輕載”運(yùn)行，降低了部分無(wú)效能量消耗，但此時(shí)乳化泵仍處于高速運(yùn)行狀態(tài)，其機(jī)械摩擦和液體通過乳化泵循環(huán)流動(dòng)所造成的能量損失依然較大，大量的能量被浪費(fèi)?；谏鲜銮闆r，部分煤礦應(yīng)用乳化泵防爆變頻電控系統(tǒng)，具有一定的節(jié)電效果，節(jié)電率可達(dá)30%以左右。但由于乳化泵站安裝在井下靠近采煤工作面，其變頻控制系統(tǒng)在惡劣使用環(huán)境下，故障率高，受命短，而且設(shè)備必須具備防爆、防潮、防塵等性能，其價(jià)格昂貴，在一定程度上阻礙了技術(shù)的推廣應(yīng)用。近幾年，湖南星奧信息技術(shù)有限公司研制出“乳化液地面集中供液系統(tǒng)”，并在湖南、貴州各煤礦推廣應(yīng)用，取得了極為顯著的應(yīng)用效果。采用地面集中供液方式的實(shí)質(zhì)是以一臺(tái)乳化泵運(yùn)行代替原多臺(tái)乳化泵同時(shí)運(yùn)行，以地面泵站代替井下泵站，以變頻運(yùn)行代替工頻運(yùn)行。實(shí)踐證明，這種方式節(jié)省了設(shè)備購(gòu)置和運(yùn)行臺(tái)數(shù)，消除了乳化泵的空載運(yùn)行，改善了設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，不僅大幅節(jié)約了電能，也大大減少了設(shè)備的故障率，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，采用地面集中供液比井下分散式供液，其綜合節(jié)電率達(dá)80%以上。二、乳化泵在工頻運(yùn)行方式下的電量消耗乳化泵在工頻運(yùn)行狀態(tài)下，其電能消耗主要分為兩部分：一是為乳化泵為乳化液加壓時(shí)消耗的“有用部分”；二是乳化泵在卸載狀態(tài)下無(wú)效運(yùn)行消耗的“無(wú)用部分”。下面對(duì)此兩部分電能消耗量進(jìn)行分析：分散式供液方式為每個(gè)采煤工作面設(shè)置一個(gè)泵站系統(tǒng)，每站安裝2臺(tái)乳化泵（一用一備）。若單臺(tái)乳化泵的額定功率為N（Kw），每小班乳化泵運(yùn)行7小時(shí)。工作面支護(hù)作業(yè)一般實(shí)際用液時(shí)間一般為1小時(shí)左右（與實(shí)際測(cè)定基本相符），則乳化泵空載運(yùn)行時(shí)間為6小時(shí)。（一）用于為乳化液加壓的有用電耗該部分電量消耗用于為液壓設(shè)備提供高壓乳化液，是有用電耗。每小班有用電耗計(jì)算如下：W1k1h1N=0.851N0.85N（Kwh）式中：W1每小班有用功耗，Kwh；k1乳化泵滿負(fù)荷下電機(jī)的負(fù)荷率，取0.85；h1每小班支護(hù)作業(yè)用液時(shí)間，為1小時(shí)；N單臺(tái)乳化泵電機(jī)額定功率，為N（Kw）。（二）乳化泵在卸載狀態(tài)下無(wú)效運(yùn)行消耗的電量乳化泵在卸載后，乳化泵仍然全速運(yùn)轉(zhuǎn)，乳化泵不排出壓力乳化液，故為無(wú)效運(yùn)行。在無(wú)效運(yùn)行階段，其功耗主要為電機(jī)的空耗、乳化泵的機(jī)械摩擦損耗和乳化液經(jīng)過吸入管道、吸液閥、排液閥、卸載閥及回液管道循環(huán)流動(dòng)造成的壓力損耗。這時(shí)，乳化泵雖然處于一種輕載運(yùn)行狀態(tài)，但因乳化液在循環(huán)流動(dòng)過程中要克服進(jìn)、排液閥的彈簧產(chǎn)生阻力，乳化泵仍帶有一定的壓力下運(yùn)行，因此，其消耗的功率依然較大。經(jīng)實(shí)際測(cè)定，乳化泵卸載運(yùn)行時(shí)，其負(fù)載率達(dá)到電機(jī)額定功率60%以上，而且其每小班運(yùn)行時(shí)間達(dá)6小時(shí)，其消耗的電量遠(yuǎn)多于有用電耗。乳化泵每小班卸載運(yùn)行時(shí)所損耗表示為：W2k2h2N=0.66N3.6N（Kwh）式中：W2每小班乳化液卸載運(yùn)行消耗的電量，Kwh；K2乳化泵卸載運(yùn)行下的負(fù)載率，為0.6；h2每小班乳化泵卸載運(yùn)行時(shí)間，為6小時(shí)；N單臺(tái)乳化泵電機(jī)額定功率，為N（Kw）。 （三）總電量消耗1單臺(tái)乳化泵運(yùn)行時(shí)每小班消耗的電量WW1W20.85N3.6N4.45N（Kwh）式中：W分散式供液每個(gè)工作面每小班乳化泵消耗的電量，Kwh；W1每小班有用功耗，Kwh；W2每小班乳化液卸載運(yùn)行消耗的電量，Kwh。2每小班全礦井乳化泵消耗的總電量若一個(gè)礦井有n個(gè)采煤工作面同時(shí)作業(yè)，則全礦井乳化泵每小班消耗的總電量為W總n4.45N（Kwh）式中：W總集中供液全礦井每小班乳化液消耗的總電量，Kwh；n全礦井同時(shí)作業(yè)工作面?zhèn)€數(shù)；N單臺(tái)乳化泵電機(jī)額定功率，為N（Kw）。三、采用地面集中供液方式的電能消耗由于采用地面集中供液方式，乳化泵采用了變頻控制，實(shí)現(xiàn)了“恒壓、按需供液”，故完全消除了乳化泵的無(wú)效運(yùn)行。若近似將集中供液和分散式供液兩種方式在供給工作面壓力乳化液所消耗的有用電量看作相等（與實(shí)際基本相符），則采用地面集中供液方式全礦井每小班消耗的總電量計(jì)算如下：W，總nW1=n0.85N （Kwh）四、節(jié)電率計(jì)算通過將井下分散式供液改為地面集中供液后，其節(jié)電率按下式計(jì)算：（W總W，總）W總（n4.45Nn0.85N）n4.45N 81%五、結(jié)論由以上計(jì)算分析得出，采用地面集中供液相對(duì)于井下分散式供液節(jié)電率可達(dá)80%以上，而且具有節(jié)約設(shè)備的初期投入、乳化泵的故障率低、使用壽命長(zhǎng)（可達(dá)15年）、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)。目前，該技術(shù)已在湖南、貴州等省煤礦得到迅速推廣使用。該項(xiàng)技術(shù)不僅適用于新建礦井，也適用于老井改造，也不