煤矿乳化液地面集中供液节能分析.doc

煤矿乳化液地面集中供液节能分析一、引言随着煤矿采煤工作面支护液压化的推广应用，乳化液泵站已成为煤矿普遍使用的设备之一。传统的井下分散式供液每个工作面装备一个泵站系统，泵站一般装置23台乳化泵，一用一备或两用一备。乳化泵单机容量一般在几十至几百千瓦，每小班运行时间约7小时，其用电量较大。煤矿采煤工作面支护作业虽然为间隙性用液，但用液必须是“随用随取”，故乳化泵必须始终处于连续运行状态，因此大部分时间处于无效运行状态。而且，因为支护作业过程中有时需要支护设备快速动作，其短时用液量较大，要求所安装的乳化泵具有足够大的容量，因此，乳化泵是煤矿的主要耗电设备之一。尽管目前乳化泵在结构上采用了先导式卸载阀，使乳化泵在卸载运行阶段处于“轻载”运行，降低了部分无效能量消耗，但此时乳化泵仍处于高速运行状态，其机械摩擦和液体通过乳化泵循环流动所造成的能量损失依然较大，大量的能量被浪费。基于上述情况，部分煤矿应用乳化泵防爆变频电控系统，具有一定的节电效果，节电率可达30%以左右。但由于乳化泵站安装在井下靠近采煤工作面，其变频控制系统在恶劣使用环境下，故障率高，受命短，而且设备必须具备防爆、防潮、防尘等性能，其价格昂贵，在一定程度上阻碍了技术的推广应用。近几年，湖南星奥信息技术有限公司研制出“乳化液地面集中供液系统”，并在湖南、贵州各煤矿推广应用，取得了极为显著的应用效果。采用地面集中供液方式的实质是以一台乳化泵运行代替原多台乳化泵同时运行，以地面泵站代替井下泵站，以变频运行代替工频运行。实践证明，这种方式节省了设备购置和运行台数，消除了乳化泵的空载运行，改善了设备运行环境，不仅大幅节约了电能，也大大减少了设备的故障率，延长了设备的使用寿命。经现场测定，采用地面集中供液比井下分散式供液，其综合节电率达80%以上。二、乳化泵在工频运行方式下的电量消耗乳化泵在工频运行状态下，其电能消耗主要分为两部分：一是为乳化泵为乳化液加压时消耗的“有用部分”；二是乳化泵在卸载状态下无效运行消耗的“无用部分”。下面对此两部分电能消耗量进行分析：分散式供液方式为每个采煤工作面设置一个泵站系统，每站安装2台乳化泵（一用一备）。若单台乳化泵的额定功率为N（Kw），每小班乳化泵运行7小时。工作面支护作业一般实际用液时间一般为1小时左右（与实际测定基本相符），则乳化泵空载运行时间为6小时。（一）用于为乳化液加压的有用电耗该部分电量消耗用于为液压设备提供高压乳化液，是有用电耗。每小班有用电耗计算如下：W1k1h1N=0.851N0.85N（Kwh）式中：W1每小班有用功耗，Kwh；k1乳化泵满负荷下电机的负荷率，取0.85；h1每小班支护作业用液时间，为1小时；N单台乳化泵电机额定功率，为N（Kw）。（二）乳化泵在卸载状态下无效运行消耗的电量乳化泵在卸载后，乳化泵仍然全速运转，乳化泵不排出压力乳化液，故为无效运行。在无效运行阶段，其功耗主要为电机的空耗、乳化泵的机械摩擦损耗和乳化液经过吸入管道、吸液阀、排液阀、卸载阀及回液管道循环流动造成的压力损耗。这时，乳化泵虽然处于一种轻载运行状态，但因乳化液在循环流动过程中要克服进、排液阀的弹簧产生阻力，乳化泵仍带有一定的压力下运行，因此，其消耗的功率依然较大。经实际测定，乳化泵卸载运行时，其负载率达到电机额定功率60%以上，而且其每小班运行时间达6小时，其消耗的电量远多于有用电耗。乳化泵每小班卸载运行时所损耗表示为：W2k2h2N=0.66N3.6N（Kwh）式中：W2每小班乳化液卸载运行消耗的电量，Kwh；K2乳化泵卸载运行下的负载率，为0.6；h2每小班乳化泵卸载运行时间，为6小时；N单台乳化泵电机额定功率，为N（Kw）。 （三）总电量消耗1单台乳化泵运行时每小班消耗的电量WW1W20.85N3.6N4.45N（Kwh）式中：W分散式供液每个工作面每小班乳化泵消耗的电量，Kwh；W1每小班有用功耗，Kwh；W2每小班乳化液卸载运行消耗的电量，Kwh。2每小班全矿井乳化泵消耗的总电量若一个矿井有n个采煤工作面同时作业，则全矿井乳化泵每小班消耗的总电量为W总n4.45N（Kwh）式中：W总集中供液全矿井每小班乳化液消耗的总电量，Kwh；n全矿井同时作业工作面个数；N单台乳化泵电机额定功率，为N（Kw）。三、采用地面集中供液方式的电能消耗由于采用地面集中供液方式，乳化泵采用了变频控制，实现了“恒压、按需供液”，故完全消除了乳化泵的无效运行。若近似将集中供液和分散式供液两种方式在供给工作面压力乳化液所消耗的有用电量看作相等（与实际基本相符），则采用地面集中供液方式全矿井每小班消耗的总电量计算如下：W，总nW1=n0.85N （Kwh）四、节电率计算通过将井下分散式供液改为地面集中供液后，其节电率按下式计算：（W总W，总）W总（n4.45Nn0.85N）n4.45N 81%五、结论由以上计算分析得出，采用地面集中供液相对于井下分散式供液节电率可达80%以上，而且具有节约设备的初期投入、乳化泵的故障率低、使用寿命长（可达15年）、维护费用低等优势。目前，该技术已在湖南、贵州等省煤矿得到迅速推广使用。该项技术不仅适用于新建矿井，也适用于老井改造，也不