主排水经济分析研究及应用

2019-04-17林贺辉牛文桥黄清杰

煤矿机电 2019年2期

林贺辉，牛文桥，黄清杰

(永城煤电控股集团枣园煤业有限公司，河南禹州 452570)

0 引言

枣园煤业有限公司现主排水泵房为-150中央泵房，安装MD300-65×9型矿用耐磨多级离心泵5台，配套电动机功率800 kW，铺设4趟排水管路，其中φ273 mm排水管路两趟，φ219 mm排水管路两趟，排水高度约480 m，矿井目前正常涌水量360 m3/h，最大涌水量430 m3/h。

目前矿井每天开泵时间约26 h，排水电度每月平均6.0×105kW·h，电费每月45万元。矿井每月用电总量为1.75×106kW·h，电费125万元左右，排水电费占矿井总电费的36%，这增加了矿井生产成本，为企业可持续发展带来一定困难，对此通过对矿井排水系统进行分析，并提出优化节能改造方案。

1 排水系统优化节能改造方案

1) 水位“高”时，通过可靠高水位提高排水效率。矿井高仓满仓水位为3.6 m，内水仓空仓，使用外水仓。正常排水开泵水位规定由原来的1.4 m提升至2.8 m，经过测试，其对水泵效率有一定影响。通过与河南煤科院合作，测试同一台水泵在高低水位的效率，发现在同一台泵和管路下，高水位比低水位效率提高4%，并且高水位在发射流时能够快速达到相应负压，减少水泵气蚀发生[1]。

2) 电价“低”时，集中利用最低电价段排水。矿井电度单价执行峰谷电费峰值电价0.94元/(kW·h)，平段电价0.61元/(kW·h)，谷值电价0.33元/(kW·h)。矿井对水仓由原来的2 500 m3扩容至3 900 m3。通过水仓在峰值进行存水，利用平段进行调整水位控制在安全水位以下，利用谷段集中两台泵开8 h把水位降至最低水位。低谷时开泵电费760×8×0.33=2 006.4 元，相比高峰时开泵电费760×8×0.94=5 715.2，每年节约费用(5 715.2-2 006.4)×365=1 353 712元。

3) 管路“优”，利用4趟排水管路优化组合。正常开泵时用φ273 mm管路排水，φ219 mm管路作为备用管路，通过大管路配合排水减少损耗[2]。两趟管路具体参数见表1。

表1 两趟管路参数

由计算得到管路的阻力为：

2.423×10-4h2/m5

通过以上公式计算管路，配合φ273 mm管路阻力系数较小，水泵效率较高[3]。

4) 排水设备状态“好”，通过对水泵检修控制水泵传轴量和配件间隙配合更换提升效率。由图1可知，水泵在工作过程中不可避免会产生容积损失、水力损失、机械损失，容积损失包括密封缝隙循环流损失以为填料和平衡的泄漏损失等，其中叶轮大、小口环的配合间隙对水泵特性和效率影响较大[4]。大口环间隙由0.3 mm增加到0.5 mm，效率下降4%，小口环间隙由0.5 mm增加到0.5 mm时效率下降5%左右[5]。

图1 水泵运行曲线图

图2为水泵平衡图，由图2可以看出，吸水量与排水量的差别主要是平衡盘的损失，通过制定水泵检修细则及平衡环平衡盘口环检修标准及更换周期，保证水泵检修保持在高效率，水泵传轴量在2～4 mm，通过对比测量数据水泵效率提高3%。

2 矿井排水的数据测试

河南省煤科院反复对矿井排水测试了数据：

1) 1#泵。流量272 m3/h，输入功率625.12 kW，水泵效率为64.86%，吨水电耗 0.46 kW·h/t。

2) 2#泵。流量 278 m3/h，功率 646.25 kW，效率为66.76%，吨水百米电耗0.47 kW·h/t。

3) 3#泵。流量314 m3/h，功率689.09 kW，效率为66.83%，吨水电耗0.44 kW·h/t。

4) 4#泵。流量316 m3/h，功率700.18 kW，效率为66.19%，吨水电耗0.45 kW·h/t。

5) 5#泵。流量320 m3/h，功率701.94 kW，效率为0.66.86% ，吨水电耗0.44 kW·h/t。

通过管路配合水泵效率变化以5#泵为例，见表2。

3 优化方案的经济运行效果

通过扩水仓高水位低谷电价排水，提高了排水效率，排水电费由0.94元/(kW·h)降至0.33元/(kW·h)，通过水泵检修和管路配合水泵效率提高了6%左右，吨水百米电耗由去年0.49 kW·h/t降至0.44 kW·h/t。综合分析吨水百米电费由0.46元/t降至0.145元/t，每年排水电耗节约电费(0.46-0.145)×24×360×365=96 889.6元，为矿井节约大量资金。