煤矿主排水系统节能措施综述.pdf
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1、2 0 1 5 年第 1 0期 中州煤炭 总第2 3 8 期 煤矿 主排水 系统节 能措 施综述 张 书征 ( 云南能源职业技 术学 院, 云南 曲靖6 5 5 0 0 1 ) 摘 要 : 通过 对影响煤 矿主排水 系统工序 能耗 因素的分析 , 提 出了矿井主排水 系统 节能措施 : 选择 高效排水 设 备 、 设 计高效工况点 , 运行 中采 用最佳节能调节方案进行调 节, 减小管路 系统运行损 失, 加 强系统 维护与管理 等 , 以降低 工序能耗 , 达到最佳 节能效果 。 关键 词 : 排水 系统; 工序 能耗 ; 高效工况 ; 节能调节 中图分类号 : T D 7 4 4 文献标志
2、码 : A 文章 编号 : 1 0 0 3 0 5 0 6 ( 2 0 1 5 ) 1 0 0 0 9 30 4 Ov e r v i e ws o f Ene r g y Co ns e r v a t i o n M e a s u r e s o f M a i n Dr a i na g e S y s t e m i n Co a l M i n e s Z ha n g S h u z h e n g ( Y u n n a n V o c a t i o n a l I n s t i t u t e o f E n e r g y T e c h n o l o g y , Q
3、 n g 6 5 5 0 0 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t: By a n a l y z i ng t h e f a c t o r s a f f e c t i n g t h e e n e r g y c o n s ump t i o n o f ma i n dr a i n a g e s y s t e m o f c o a l mi ne s, a u t h o r p u t f o r wa r d s me a s u r e s t o s a v e e n e r g y:c h o o s i n g e f f i c
4、i e n t p u mp i n g a p p l i a n c e a n d d e s i g n i n g e f f i c i e n t o p e r a t i n g p o i n t ; a d o p t i n g b e s t me a s u r e s t o a d j u s t t h e e n e r g y c o ns u mp t i o n; r e d uc i n g t h e o pe r a t i ng l o s t o f p i pe s y s t e m ; s t r e n g t h e n i n g
5、 t h e ma i n t e na n c e a nd ma na ge me nt o f t h e s y s t e m a n d S O o n t o r e du c e t h e c o n s u mpt i o n o f p r o c e d ur e a nd a t t a i n be s t e ne r g y s a v i ng e f f e c t Ke y wo r d s : d r a i n a g e s y s t e m; c o n s u mp t i o n o f p r o c e d u r e ; e f f i
6、 c i e n t o p e r a t i o n c o n d i t i o n; e n e r g y c o n s e r v a t i o n a d j u s t me n t 矿井主排水系统是煤矿主要生产工序之一 , 其 能耗在矿井生产中占有较大 比重 , 有 的矿井甚至超 过 6 0 。因此 , 在保证 主排水 系统 安全 、 可靠运行 前提下 , 保证其运行 的经济性 , 对煤矿节能减排 、 降 低 生 产成 本具 有重 要意 义 。 为保 证 煤 矿 主排 水 系 统 运行 的经 济 性 , 最 新 国 家标准 煤矿主要工序能耗等级和 限值 第 2部分 :
7、主排水系统 ( G B T 2 9 7 2 3 2 2 O 1 3 ) 把在用 主排水 系统工序能耗等级分为三级 , 并规定主排水系统工 序 能 耗 限 值 指 标 等 级 不 应 低 于 三 级 , 即 不 大 于 0 5 0 0 k Wh ( t h m)。 煤 矿 主排 水系 统节 能是 一项 较 为复杂 的系统工 程 , 包括设备选型设计 、 运行 中的节 能调节 、 设备的 维 护 检修 、 系 统管 理等 各个 方面 。所 以 , 要 搞好 主排 水系统的节能 、 降低工序能耗 , 应根据矿井 的具体情 况 , 从上述几个方面进行综合分析研究 , 采取符合实 际的最佳节能措施 ,
8、达到节能降耗的目的。 收 稿 日期 : 2 0 1 50 62 8 基金项 目:云南 省 教育厅 科 学研 究基 金 : 矿 山排 水设 备 节 能研 究 ( 2 01 3Y 5 5 6) 作者简 介 :张书征 ( 1 9 6 6 一 ) , 男 , 河 南商丘 人 , 副教 授 , 1 9 8 9年毕 业 于昆 明工学 院, 主要从事矿 山机械教学及流体机械应用研究工作 。 1 影 响主排水 系统工序能耗 因素 对 于 一个 主排 水 系 统 , 煤 矿 主排 水 系 统 工序 能 耗 的理 论近 似计 算式 为 : 1 E 。 = 音 _ ( 1 ) 。 一 3 67 、 式 中 , E
9、为工 序 能耗 ; r 。 为排 水 系统 的效率 ; 为 斜 井排 水 修正 系数 ( 竖井 =1 ) 。 由式( 1 ) 可知 , 要降低工序能耗和节能 , 应努力 提高排水系统的效率 。 排 水 系统 效 率 叼 是 指 水 泵 工 况 效 率 叼 、 管 路 效率 叼 、 传动效率 7 7 和电机效率 叼 的乘积 , 计算式 为 = 叼 叼 叼 。传 动效 率取 决 于 传动 方 式 , 一 般 不 变 , 所 以 , 要 提高 排 水 系 统 效率 , 应努 力提 高 水 泵 工况效率、 管路效率与电机效率 , 即选择高效节能水 泵 , 设计 高效 管 路 , 选 择 高 效 电 动
10、机 , 并 使 所 选 择 的 机 组始 终高 效运 行 。 。 2 主排水 系统设备选型 的节 能措 施 2 1 选 择扬 程适 宜 的高效 节 能水 泵 选择水泵 时, 应根据矿井排水的具体条件, 选择 采用 先进 水力 模 型研 发 、 国家 “ 十二 五 ” 期 间大 力 推 广 的 高效 、 节 能 、 质 量 可 靠 、 故 障 率低 的水 泵 。煤矿 9 3 2 0 1 5年第 1 0 期 中州煤炭 总第 2 3 8 期 主排水泵常选择单吸多级 离心泵 , 而 自平衡多级离 心泵是近年来设计开发的新产 品, 与单 吸多级离心 式水 泵相 比, 有 一定 优点 , 如减 少 了平衡
11、 装置 及平衡 装置 的 故 障 , 效 率 一 般 也 比单 吸 多 级 离 心 泵 高 出 3 1 2 , 可优 先选 择 。 在扬 程满 足稳 定性 要求 和流 量满 足要求 的水 泵 中 , 在 相 同效率 下 , 优 先 选 用 富 裕扬 程 最 小 的水 泵 , 所选 水泵 的 富裕扬 程不 宜 大 于 1 0 。否 则 , 所 选 水 泵 富裕扬 程过 大 , 运行 中不 注意进 行调 节 , 将 使 管路 的效 率 降低 , 工 序 能耗升 高 , 造成 能耗 浪费 。如果 现 有水 泵 的富裕 扬程 过 大 , 应 考 虑 运 行 中 节 能调 节 措 施 , 或 采用 个性
12、 化设 计 , 以达 到节 能 的 目的。 2 2 选择 高效 管路 系统 、 设计 高效 工 况点 中 华 人 民 共 和 国 安 全 生 产 行 业 标 准 ( A Q 1 0 1 2 -2 0 0 5 ) 规定 : 水泵 运行 工况 点应 在 工业 利 用 区 内 , 水泵 工况 效率应 大 于或 等于 0 8 5倍 的额 定 效率 , 即 叼 0 8 5 ,0 。该标 准仅 规 定 了水 泵 的效 率 , 而排 水 系统 的效 率 和工 序 能 耗 不 仅 取 决 于水 泵 的效 率 , 更重要 的是 管 路 的 效 率 。管 路 效 率是 水 泵 实 际扬程 与水 泵工 况点 扬程
13、的 比值 , 即 = H H 。 显然 , 工 况点 扬 程 越 接 近 实 际扬 程 , 即 富 裕 扬 程 越 小 , 管 路 效率越 高 。 水泵 工况 点效 率 叼 和 管路效 率 叼 是 影 响排水 系统 效率 的两 个 主要 因素 , 对于 同一 台水泵 , 两 者 的 乘积 ( 叼 7 7 ) 取 决 于所 设 计 的 工 况 点 , ( 叼 叼 ) 较 大 的_ 况点 为 高 效 工 况 点 。如 图 1所 示 , 1为 管 路 特 性 曲线 , 2为水泵 扬程 性能 曲线 , 3为水 泵效 率 曲线 。 图 中阴影 部分 为 工业 利 用 区 , n点 为 工 业 利 用 区
14、左 侧 点 , e 点为 额定 lT况 点 , 6点为 工 业利 用 区 右侧 点 。 当设计 的工况 点 由 n点 向 6点 移 动 时 , 水 泵 效 率 与 管 路 效率 的乘 积 ( 叼 卵 ) 逐 渐 增 大 , 排 水 系 统 的效 率 增 大 , 工序 能耗 逐渐 降低 。现 以实 例进 行说 明 。 9 4 r J 图 1高 效 工 况 点 某矿井排水高度为 2 0 5 m, 选用 自平衡水泵 , 各 工况点排水系统效率见表 1 。在此粗 略计算 中, 认 为传动效率 7 7 不变 , 电动机的效率 叼 不变。实际 上 随工 况点 右移 , 电动 机效率 逐渐 增大 。 表 1
15、 工 况 点 设 计 在 a 、 、 西时排 水 系统 效 率 从 表 1可 以看 出 , 工况 点设计 在 6 点 时 , 排水 系 统的效率最大, 该点 为工业利用 区内高效 工况点。 所 以 , 在选择 管 路时应 适 当加大 管径 , 把工 况点设 计 在 6 点或接近 6点 , 以提高排水系统的效率 , 降低工 序 能耗 , 达 到运 行时最 佳节 能效 果 。 2 3合理选 择 电动机 根据 所 选择 的水 泵 和设 计 的工 况 点 , 确 定水 泵 的输 入功率 和 电动机 容量 。所选 电动机 的富余 容量 应 合 理 , 否 则 , 电动 机 容量 过大 , 运 行 时 的
16、效 率将 会 降低 , 排水 系统 的效率 降低 , 能耗 升 高 。选 择 电动机 时 , 可 考虑 选择 变频调 速 电动机 , 选 择这种 电动机不 仅 可 以大 幅提 高功率 因数 , 提 高电动 机 的效率 , 并能 保 证 电动机 启 动时 的 安全 , 还 可 以为 今 后 运 行 中进 行 变 速调节 作 准备 。 3运行 中节能调节措施 在实 际生产 中 , 所 选水 泵 的富裕 扬程 常 常过大 , 而且运行中管路产生的积垢使管路损失增加等 , 都 会 使 管路效 率 降低 , 工序 能耗 升高 。 因此 , 应按 规定 对 水泵 进行 性 能测定 , 并对 测定 结果 进
17、行 分析 研究 , 分 析水 泵 富裕扬 程 、 水 泵效 率 、 管路 效率 和工 况点 变 化 对排 水 系统工 序 能耗 的影 响 , 以便 采 取 相 应 的 工 况调节方法 , 达到降低工序能耗的 目的。排水系统 节 能调 节方 法 主要 有 : 管 路 并 联 法 、 变 速 调节 法 、 削 短 叶 轮叶 片法 、 减少 叶轮数 目法 等 。 3 1管路并 联调 节法 当所 选水 泵 富裕扬 程 过 大 , 或 管路 积垢 管 径 变 小损失增大 , 可采用 2趟或多趟管路并联排水 , 使工 况点右移 , 以提高排水管路效率 , 降低工序能耗。采 用 管 路并联 进行 节 能 调
18、节 时 , 首先 应 准 确 计 算 出并 联 管 路 的特 性方 程 , 并 准 确作 出水泵 的工 况 点 , 以验 证 并 联管路 系统 运行 的 可靠性 , 即验证 电动机 容量 , 2 0 1 5年第 1 0期 张书征 : 煤矿主排水系统节能措施综述 总第 2 3 8期 并 重新 计 算水 泵 的最大 吸水 高度 , 防止发 生汽 蚀 。 3 2改变转 速 调节 法 如果 所 选 水 泵 富裕 扬 程 过 大 , 将 大 幅降 低 管 路 和排水系统效率 , 使工序能耗 升高 , 造成较 大浪 费。 可采用降低转速进行调节 , 调节后水泵 的效率几乎 不变 , 而管路效率大幅提高 ,
19、 节能效果显著 。但应注 意调节 后 流量 应满 足排 水要 求 。 降低 转速 调节 法 原 理 是 比例 定 律 , 式 ( 2 ) 为 同 台水泵 输 送密 度相 同液 体 时 比例 定律 数学 表达 式 。 = , HI = ( ) 2 , P oIP= ( 叩 。 = 叼 c 2 一 2 2 一 I n 2 J。 2 一 I n 2 J 九 式 中, q q 为调节前、 后 的流量 ; n 、 n 为调节前 、 后 的转 速 ; H , 、 H 为调 节 前 、 后 的扬 程 ; P 。 、 P 。 : 为调 节 前 、 后 的轴功 率 ; 。 、 : 为调 节 前后 的效 率 。
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