主排水經濟分析研究及應用

林賀輝， 牛文橋， 黃清杰

(永城煤電控股集團 棗園煤業有限公司， 河南 禹州 452570)

0 引言

棗園煤業有限公司現主排水泵房為-150中央泵房，安裝MD300-65×9型礦用耐磨多級離心泵5臺，配套電動機功率800 kW，鋪設4趟排水管路，其中φ273 mm排水管路兩趟，φ219 mm排水管路兩趟，排水高度約480 m，礦井目前正常涌水量360 m3/h，最大涌水量430 m3/h。

目前礦井每天開泵時間約26 h，排水電度每月平均6.0×105kW·h，電費每月45萬元。礦井每月用電總量為1.75×106kW·h，電費125萬元左右，排水電費占礦井總電費的36%，這增加了礦井生產成本，為企業可持續發展帶來一定困難，對此通過對礦井排水系統進行分析，并提出優化節能改造方案。

1 排水系統優化節能改造方案

1) 水位“高”時，通過可靠高水位提高排水效率。 礦井高倉滿倉水位為3.6 m，內水倉空倉，使用外水倉。正常排水開泵水位規定由原來的1.4 m提升至2.8 m，經過測試，其對水泵效率有一定影響。通過與河南煤科院合作，測試同一臺水泵在高低水位的效率，發現在同一臺泵和管路下，高水位比低水位效率提高4%，并且高水位在發射流時能夠快速達到相應負壓，減少水泵氣蝕發生[1]。

2) 電價“低”時，集中利用最低電價段排水。礦井電度單價執行峰谷電費峰值電價0.94元/(kW·h)，平段電價0.61元/(kW·h)，谷值電價0.33元/(kW·h)。礦井對水倉由原來的2 500 m3擴容至3 900 m3。通過水倉在峰值進行存水，利用平段進行調整水位控制在安全水位以下，利用谷段集中兩臺泵開8 h把水位降至最低水位。低谷時開泵電費760×8×0.33=2 006.4 元，相比高峰時開泵電費760×8×0.94=5 715.2，每年節約費用(5 715.2-2 006.4)×365=1 353 712元。

3) 管路“優”，利用4趟排水管路優化組合。正常開泵時用φ273 mm管路排水，φ219 mm管路作為備用管路，通過大管路配合排水減少損耗[2]。兩趟管路具體參數見表1。

表1 兩趟管路參數

由計算得到管路的阻力為：

2.423×10-4h2/m5

通過以上公式計算管路，配合φ273 mm管路阻力系數較小，水泵效率較高[3]。

4) 排水設備狀態“好”，通過對水泵檢修控制水泵傳軸量和配件間隙配合更換提升效率。由圖1可知，水泵在工作過程中不可避免會產生容積損失、水力損失、機械損失，容積損失包括密封縫隙循環流損失以為填料和平衡的泄漏損失等，其中葉輪大、小口環的配合間隙對水泵特性和效率影響較大[4]。大口環間隙由0.3 mm增加到0.5 mm，效率下降4%，小口環間隙由0.5 mm增加到0.5 mm時效率下降5%左右[5]。

圖1 水泵運行曲線圖

圖2為水泵平衡圖，由圖2可以看出，吸水量與排水量的差別主要是平衡盤的損失，通過制定水泵檢修細則及平衡環平衡盤口環檢修標準及更換周期，保證水泵檢修保持在高效率，水泵傳軸量在2～4 mm，通過對比測量數據水泵效率提高3%。

2 礦井排水的數據測試

河南省煤科院反復對礦井排水測試了數據：

1) 1#泵。流量272 m3/h，輸入功率625.12 kW，水泵效率為64.86%，噸水電耗 0.46 kW·h/t。

2) 2#泵。流量 278 m3/h，功率 646.25 kW，效率為66.76%，噸水百米電耗0.47 kW·h/t。

3) 3#泵。流量314 m3/h，功率689.09 kW，效率為66.83%，噸水電耗0.44 kW·h/t。

4) 4#泵。流量316 m3/h，功率700.18 kW，效率為66.19%， 噸水電耗0.45 kW·h/t。

5) 5#泵。流量320 m3/h，功率701.94 kW，效率為0.66.86% ，噸水電耗0.44 kW·h/t。

通過管路配合水泵效率變化以5#泵為例，見表2。

3 優化方案的經濟運行效果

通過擴水倉高水位低谷電價排水，提高了排水效率，排水電費由0.94元/(kW·h)降至0.33元/(kW·h)，通過水泵檢修和管路配合水泵效率提高了6%左右，噸水百米電耗由去年0.49 kW·h/t降至0.44 kW·h/t。綜合分析噸水百米電費由0.46元/t降至0.145元/t，每年排水電耗節約電費(0.46-0.145)×24×360×365=96 889.6元，為礦井節約大量資金。

4 結論

針對礦井主排水耗電比例大的情況，采取水倉水位高，水泵管路組合方式等措施，通過優化組合大大提升了水泵運轉能力，提高了排水效率，取得了良好的經濟運行效果。