煤礦乳化泵節(jié)能技術推介

煤礦乳化泵節(jié)能技術推介乳化泵是井工煤礦采掘工作面液壓支護設備的動力源。隨著煤礦綜采支架及單體液壓支柱的普及，乳化泵的裝機容量越來越大，使用數(shù)量也越來越多。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，目前大多數(shù)煤礦乳化泵站仍以井下分散式設置為主，乳化泵仍以工頻運行為主，各個煤礦乳化泵年耗電量根據(jù)煤礦生產(chǎn)規(guī)模在40?300萬Kwh之間，成為煤礦主要用電設備之一。因此，探索煤礦乳化泵節(jié)電運行技術或措施，對煤礦節(jié)約用電和提高煤礦經(jīng)濟效益具有極其重要的意義。筆者從事煤礦乳化泵使用和管理工作達30多年，并從2000年開始探索乳化泵變頻節(jié)能技術，在乳化泵節(jié)電方面積累了一定的經(jīng)驗，現(xiàn)將自己的一些淺顯認識或經(jīng)驗介紹如下，希望能對廣大同行有一定的啟發(fā)和借鑒。一、乳化泵節(jié)能空間分析采用傳統(tǒng)的分散式供液系統(tǒng)和乳化泵工頻運行方式主要存在以下幾個方面的能量無效損耗：一是就整個礦井而言，采用傳統(tǒng)的“一面一站”的分散式供液方式，其安裝和運行的乳化泵臺數(shù)多，不僅消耗電能多，而且還增加了設備初期投入和運行成本。采用分散式供液，每個工作面需設置一個乳化泵站，而大多數(shù)煤礦具有1個以上工作面同時作業(yè)，則每個工作面安裝2臺乳化泵（一用一備），全礦井就得安裝和運行多臺乳化泵。因為煤礦工作面作業(yè)為間隙性用液，每小班用液時間占乳化泵的運行時間不到20%，則80%以上的時間乳化泵處于無效運行，因此，運行的乳化泵臺數(shù)越多，無效消耗的電能也就越多，成為煤礦企業(yè)一種巨大浪費現(xiàn)象。二是工作面乳化泵的裝機容量通常是以滿足工作面用液最大需量和壓力為依據(jù)的，而實際中，乳化泵的絕大多數(shù)時間并不是滿載運行，而是處于空載或半空載運行狀態(tài)。乳化泵裝機容量越大，無效運行消耗的能量也就越多，同時，設備容量越大，其購置成本也越高。三是乳化泵在工頻運行狀態(tài)下，無論工作面是否用液其均處于快速運轉狀態(tài)，造成了大量的空載損耗。實際中，乳化泵在工頻運行狀態(tài)時，即使在工作面未用液的情況下（即“卸載”狀態(tài)下），乳化液通過乳化泵吸、排液閥和卸載閥形成循環(huán)流動，造成液流摩擦損耗，使乳化液溫度升高，同時乳化泵在高速運轉條件下，泵體本身的機械磨損和其電機的損增加。根據(jù)實際測定，乳化泵在“空載”時負荷率占滿負荷的50%以上，且在每個小班乳化泵空載運行時間占80%以上，這就造成了大量的能量浪費。二、主要節(jié)能措施由以上分析可知，乳化泵在運行過程中存在著大量無效能量損耗。筆者針對這些損耗，提出以下節(jié)能措施，以供參考選用。措施一：建立礦井集中供液系統(tǒng)，最大限度減少乳化泵的運行臺數(shù)和容量。所謂礦井集中供液，就是綜合考慮整個礦井用液情況，在礦井地面或井下建立集中供液站，用供、回液管路將泵站與工作面用液設備相連，從而形成完整的供液系統(tǒng)。各煤礦可以根據(jù)各用液工作面的分布情況，每礦井建立1個（少數(shù)供液距離太分散的礦井可以建1個以上）乳化泵站，每個泵站為1個以上用液工作面供液。采用集中供液優(yōu)勢就是根據(jù)井下各工作面為間隙性用液的特點，利用“大系統(tǒng)”供液的均衡作用，并可在液壓系統(tǒng)中加裝蓄能補液裝置，從而大大地提高了乳化泵的負荷率。一般情況下，全礦井或一個區(qū)域僅運行一臺乳化泵就能滿足各工作面的供液，避免了原多臺設備同時運行和設備大多數(shù)時間處于無效運行的狀況，減少乳化泵的安裝臺數(shù)和裝機容量，從而節(jié)約了大量的電能。同時，因為乳化泵安裝在地面或井下固定機電硐室，避免了泵站設備的搬遷，方便了設備維護和管理。措施二：對乳化泵加裝變頻自動控制，消除乳化泵的空載運行。乳化泵加裝變頻控制后，實現(xiàn)了乳化泵軟啟動和軟停機，使得乳化泵的啟、停變得非常容易，這為乳化泵的恒壓運行奠定了基礎。若在控制系統(tǒng)中采用PID恒壓控制技術，則可使乳化泵運行在一種理想的保壓狀態(tài)，即當采掘工作面不用液時，供液系統(tǒng)中壓力保持在設定的壓力值不變（在系統(tǒng)管路不漏液的理想狀態(tài)下），乳化泵不需要對供液管路進行補液而停止運轉；當工作面用液時，供液管路中壓力下降，則乳化泵根據(jù)管路中實際壓力值偏離設定值的多少決定運轉速度，工作面用液越多，乳化泵運轉的速度越快，反之，則運轉越慢，從而始終保持供液管路中壓力不變，實現(xiàn)了恒壓、按需供液，消除了乳化泵的空轉狀態(tài)。事實上，煤礦井下工作面的用液均為短暫、間隙性用液狀態(tài)，則乳化泵需要進行補液的時間很短，加之在供液系統(tǒng)中采取蓄能穩(wěn)壓措施，則乳化泵一般只在短時、慢速狀態(tài)下工作，其節(jié)電效果十分明顯。以上兩種節(jié)能措施均比較有效，但在實際應用中，通常將兩種措施結合起來應用，即采用“集中供液+變頻控制”的綜合措施，其優(yōu)勢更加明顯，節(jié)電效果也就更加突出。應用節(jié)能綜合措施時，可選擇在地面或井下建立集中供液站，并對乳化泵加裝變頻自動控制系統(tǒng)，這樣，一則實現(xiàn)了以“一站代多站”的形式，可以最大限度地減少乳化泵的安裝和運行臺數(shù)、容量，二則實現(xiàn)了泵站“恒壓、按需供液”，消除了乳化泵的空載運行狀況。三、節(jié)能效果分析(一)單臺乳化泵加裝變頻器節(jié)能分析下面以某一綜采工作面為例來分析計算其節(jié)能效果：某一綜采工作面安裝了BRW200/31.5型乳化泵2臺(一用一備)，單臺電機功率為125KW。乳化泵每小班運行時間一般為7小時,工作面實際用液時間(折算為乳化泵連續(xù)滿載供液時間)約1小時,空運行時間為6小時。乳化泵采用工頻運行方式時的用電量計算如下：乳化泵空載運行消耗的電量為：Wi=ktNi(kwh)式中:W「乳化泵空載運行時消耗的電量kwh；k-乳化泵空運行時的負荷率，根據(jù)實際測定為k=0.55；t-乳化泵每小班空運行時間，t=6h；N「單臺乳化泵電機額定功率，Ni=125kw；將以上數(shù)據(jù)代入上式得空載用電量：W=0.55X6X125=412.5(kwh)1乳化泵滿載運行時的用電量按下式進行計算：W=KtN(kwh)111式中：W2-乳化泵滿載運行時消耗的電量kwh；K「乳化泵滿載運行電機負荷率，取K1=0.85；t「乳化泵滿載運行時間t1=1h；將數(shù)據(jù)代入得：W=0.85X1X125=106.3(kwh)2每小班總用電量W=W1+W2=412.5+106.3=518.8(kwh)乳化泵采用變頻運行方式時的用電量計算如下：采用變頻運行方式后，由于實現(xiàn)了“恒壓、按需供液”，乳化泵在工作面不用液時不會運轉，即無空載運行損耗。根據(jù)實際測試，乳化泵變頻運行的平均負荷率為0.2以下(這里取0.2)，故其每小班用電量按下式計算：W=ktN(kwh)221式中:W3-乳化泵采用變頻控制后每小班消耗電量(kwh)；%—乳化泵變頻運行平均負荷率，為0.2；匕-乳化泵每小班運行時間，t=7h；將以上數(shù)據(jù)代入得：W=0.2X7X125=175(kwh)3年節(jié)電量及節(jié)電率計算每小班節(jié)電量為：△W=W-W=518.8-175=343.8(kwh)3年節(jié)電量為：W年二3X330X343.8=340362(kwh)節(jié)電率為：E=AW/W=343.8/518.8=66.3%(二)采用“集中供液+變頻控制”的節(jié)能分析下面以某一煤礦為例來分析計算節(jié)能效果：某煤礦有2個綜采工作面，原采用分散式，每個工作面設置一個泵站，每個工作面安裝了BRW200/31.5型乳化泵2臺(一用一備)，單臺電機功率為125KW，工頻運行方式。為節(jié)約用電，該煤礦在地面建立了集中供液站。集中供液站安裝BRW200/31.5型乳化泵2臺(一用一備)，單臺電機功率為125KW，采用變頻自動控制方式。采用分散式供液的用電量情況：根據(jù)該煤礦作業(yè)的特點，綜采工作面乳化泵每小班運行時間一般為7小時，工作面實際用液時間(折算為乳化泵連續(xù)滿載供液時間)約1小時，空運行時間6小時。用電量計算如下：乳化泵空載運行時的用電量可按下式進行計算：W4=ktN2(kwh)式中:W「乳化泵空運行時消耗的電量kwh；k-乳化泵空運行時的負荷率，根據(jù)實際測定為k=0.55；t-乳化泵每小班空載運行時間，t=6h；N2-分散式供液方式運行2臺乳化泵電機額定總功率，N2=250kw；將以上數(shù)據(jù)代入上式得：W=0.55X6X250=825(kwh)4乳化泵滿負荷運行時的用電量按下式進行計算：W=KtN(kwh)5 111式中：W5-乳化泵滿載運行時消耗的電量kwh；K「乳化泵滿載運行時的負荷率，取K1=0.85；t「乳化泵滿載運行時間t1=1h；將數(shù)據(jù)代入得:W=0.85X1X250=212.5(kwh)5每小班總用電量W，=W+W=825+212.5=1037.5(kwh)45采用地面集中供液方式后的用電情況：采用地面集中供液方式后，全礦井僅運行1臺乳化泵，其功率為125KW。由于實現(xiàn)了“按需供液”，乳化泵在井下不用液時不會運轉,即無空和半空載運行損耗。根據(jù)實際測試，乳化泵運行的平均負荷率為0.25以下(這里取0.25)，故每小班用電量按下式計算：W=ktN(kw)6 332式中:W-采用集中供液后，乳化泵每小班消耗的電能(kwh)；6%一乳化泵的平均負荷率，為0.25；二-乳化泵每小班運行時間，t=7h；N"集中供液運行乳化泵額定功率，N2=125kw；將以上數(shù)據(jù)代入得：W=0.25X7X125=218.8(kwh)6年節(jié)電量及節(jié)電率計算每小班節(jié)電量為：△W=W’-W=1037.5-218.8=818.7(kwh)1 6年節(jié)電量為：W年二3X330X818.7=810513(kwh)節(jié)電率為：E’=AW/W’=818.7/1037.5=78.9%1四、對技術推廣應用中存在的誤區(qū)釋疑在對礦井集中供液和乳化泵變頻技術的推廣應用過程中，目前仍有部分煤礦對技術的可行性和適用性等問題持置疑態(tài)度，使其一時不能被接受。為迅速推進該項技術應用進程，筆者就目前存在的以下認識上的偏差或誤區(qū)予以分析和說明：誤區(qū)一： 對于開采范圍大的老礦井，其供液距離遠，需鋪設的管路長，則一次性投入成本會過高，且日后管路維護量大。分析和說明：目前，大多數(shù)老礦井開采半徑達到數(shù)千米，深度數(shù)百米甚至超過1千米，供液管路的鋪設長度確實較長。但因為工作面支護設備為間隙性用液，用液量并不多，同時系統(tǒng)供液壓力至小達到10兆帕以上，故供液管路主要采用小管徑無縫鋼管，一般年產(chǎn)200萬噸級的礦井，主管路管徑(外徑)W60mm，管路連接采用礦用K型快速接頭，鋪設管路投入的資金不超過50萬元，且拆裝均十分方便，使用十分可靠，很少發(fā)生漏液現(xiàn)象，即使發(fā)生了個別漏液現(xiàn)象，也只需更換一下密封圈。因為管路中每隔100M安裝一根橡膠管，管路拆裝、修理均比較容易。從實際應用的效果來看，部分煤礦主供液管路已經(jīng)使用了10多年，并未發(fā)生大的故障，是一個真正意義上的“一勞永逸”項目。誤區(qū)二：集中供液為遠距離供液，供液距離太遠時乳化液壓降一定很大，這就保證不能保證供液壓力。分析和說明：工作面支護作業(yè)時均為間隙性用液，其用液量并不是很大，在流過管路流量不大的情況下，則管路損失也就不大，相對于所傳導的乳化液壓力來說，其管路損失基本可以忽略。同時，根據(jù)連通器原理，在用液支架活柱伸出，其頂端接觸到巖石頂板后，供液系統(tǒng)流量等于零，其壓力立即回升到設定壓力，不存在壓力降的問題。事實上，乳化供液系統(tǒng)中供液管徑選擇的大小僅影響支架活柱的升降速度，而與供液距離的遠近和壓力損失無關。實際中，供液管路長度一般可達10Km以上。事實上，隨著乳化泵變頻控制技術不斷進步和發(fā)展，已經(jīng)有部分煤礦正逐步推廣應用乳化泵集中供液和變頻控制技術，并取得了很好的應用效果。近年來，長沙市松風自動化設備有限公司與湖南省煤業(yè)集團興源礦業(yè)公司、湘永礦業(yè)公司等單位進行技術合作，探索和研發(fā)煤礦地面、井下集中供液技術，獲得了巨大成功，實測各項目的綜合節(jié)電率均在80%左右。該技術已在湖南和貴州各煤礦得到了逐步推廣應用，被譽為“煤礦節(jié)能效果最好的實用新型技術”。誤區(qū)三：乳化泵在變頻控制時不能做到在20HZ以下的低速段運行，否則，將使乳化泵電動機燒壞，因此，乳化泵加裝變頻控制不能完全消除乳化泵的空載運行，其節(jié)能效果并不大。分析和說明：在實際應用過程中，因為工作面用液為間隙性短時用液，大多數(shù)時間乳化泵不需要供液，這樣，乳化泵在變頻運行條件下，大多數(shù)時間處于低速或停機狀態(tài)。乳化泵運行在變頻低速狀態(tài)下，其電機的實際電流大（約等于電機的額定電