陽(yáng)煤集團(tuán)開元公司瓦斯抽采泵的節(jié)能降耗的優(yōu)化研究

黃曉鵬

（陽(yáng)煤集團(tuán)開元公司通風(fēng)部抽采隊(duì)， 山西 壽陽(yáng) 045400）

引言

瓦斯抽采泵是高瓦斯礦井的必備設(shè)備之一，主要用于將井下綜采作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的瓦斯排出地面，確保煤礦井下綜采作業(yè)安全。由于瓦斯泵通常采用連續(xù)運(yùn)行的方案，因此，在運(yùn)行過(guò)程中的能源消耗

極大。陽(yáng)煤集團(tuán)開元公司米南地面泵站現(xiàn)安裝有6臺(tái)水環(huán)真空泵，裝機(jī)能力為5 620 m3/min，米南地面泵站1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)，負(fù)擔(dān)礦井回采工作面鄰近層低負(fù)壓抽采系統(tǒng)，3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)，負(fù)擔(dān)礦井3 號(hào)煤本煤層高負(fù)壓抽采系統(tǒng)；5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)，負(fù)擔(dān)礦井9 號(hào)煤本煤層高負(fù)壓抽采系統(tǒng)。由于采用了非定頻運(yùn)行調(diào)節(jié)方式，導(dǎo)致在對(duì)抽采負(fù)壓進(jìn)行調(diào)整時(shí)只能采用調(diào)整旁通閥開口大小的方式進(jìn)行，在啟動(dòng)過(guò)程中，為了降低啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載又需要調(diào)整泵站上的空氣閥進(jìn)氣口大小，在啟動(dòng)和抽采過(guò)程中需要人工頻繁的進(jìn)行調(diào)整，工藝流程復(fù)雜，調(diào)整困難度高，導(dǎo)致在日常工作中瓦斯抽采泵耗能高、故障率高，給陽(yáng)煤集團(tuán)開元公司的正常生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。

1 瓦斯抽采泵優(yōu)化前情況

陽(yáng)煤集團(tuán)開元公司的瓦斯抽采泵系統(tǒng)在抽采作業(yè)時(shí)，使泵的進(jìn)氣口處形成負(fù)壓，通過(guò)壓差的形式，使煤礦井下的瓦斯排出，然后經(jīng)過(guò)傳輸管路將其送到地面的儲(chǔ)罐內(nèi)，再經(jīng)一系列的壓縮后，通過(guò)瓦斯泵的正壓端傳輸?shù)酵咚拱l(fā)電機(jī)組處，用于發(fā)電，其工藝流程如圖1 所示。

該地面泵站抽采系統(tǒng)內(nèi)采用了2BEY-101 型瓦斯抽采泵，額定流量1 210 m3/min，功率為1 600 kW，采用了水電阻啟動(dòng)方式，在啟動(dòng)過(guò)程中的啟動(dòng)沖擊大，為了降低啟動(dòng)時(shí)的沖擊，每次啟動(dòng)前都需要人工打開側(cè)邊的排水閥門，降低啟動(dòng)時(shí)的沖水量，確保啟動(dòng)時(shí)電機(jī)的電流不超過(guò)55 A。雖然以上操作能夠降低啟動(dòng)時(shí)的沖擊[2]，但是導(dǎo)致瓦斯抽采泵在運(yùn)行時(shí)的工作效率低下，而且導(dǎo)致負(fù)載電機(jī)運(yùn)行時(shí)只能將泵的正壓力維持在較低的水平，造成瓦斯抽采量低下，無(wú)法維持瓦斯發(fā)電滿負(fù)荷運(yùn)行需求，極大地影響了煤礦生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 陽(yáng)煤集團(tuán)開元公司瓦斯抽采泵抽采工藝

2 變頻控制電氣系統(tǒng)的改造

通過(guò)對(duì)陽(yáng)煤集團(tuán)開元公司所采用的2BEY-101型瓦斯抽采泵的分析，該泵的負(fù)載具有變轉(zhuǎn)矩特性[3]，其輸出功率和轉(zhuǎn)速的1.2 次方成正相關(guān)，當(dāng)對(duì)泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出負(fù)荷也會(huì)呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì)，因此，當(dāng)泵在正常運(yùn)行工況下可將旁通閥關(guān)閉，以提升工作負(fù)壓，既避免了電機(jī)的高負(fù)載工作又提升了泵的抽采效率，理論上可行，其核心時(shí)如何對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)在不同階段的變速運(yùn)行，根據(jù)陽(yáng)煤集團(tuán)開元公司供電系統(tǒng)的實(shí)際情況，提出了采用變頻驅(qū)動(dòng)的方式，電氣控制系統(tǒng)的改造方案如下頁(yè)圖2 所示。

在原有電氣控制系統(tǒng)中，開關(guān)組QS0～QS2 已經(jīng)存在，需要新增2 組變頻控制設(shè)備INV1～I(xiàn)NV2，分別用于對(duì)2 個(gè)瓦斯抽采泵M1～M2 的控制，同時(shí)設(shè)置了2 組計(jì)量柜PT1～PT2 用于對(duì)變頻器工作過(guò)程中的輸參數(shù)進(jìn)行記錄和調(diào)整。

圖2 陽(yáng)煤集團(tuán)開元公司瓦斯抽采泵電氣結(jié)構(gòu)示意圖

3 變頻控制系統(tǒng)改造及其效果

瓦斯抽采泵變頻控制是該系統(tǒng)能正常運(yùn)行的核心，由于礦井下管道的端口處的負(fù)壓值關(guān)系到井下的瓦斯能否安全抽采，井口處的負(fù)壓過(guò)低會(huì)導(dǎo)致瓦斯抽采泵的抽采效率低下，無(wú)法形成穩(wěn)定的而連續(xù)的抽采，當(dāng)井口處的負(fù)壓過(guò)大時(shí)會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)抽采泵的喘振等。煤礦井下的瓦斯抽采管路具有大量的分支，且分布極為分散，實(shí)際上無(wú)法對(duì)各個(gè)支路管口進(jìn)行抽采負(fù)壓的全面監(jiān)測(cè)控制，因此，采用在地面上的瓦斯匯合管道入口處進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)的負(fù)壓監(jiān)控。為了滿足對(duì)大量數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)處理要求，采用了PID控制系統(tǒng)[4]，能夠?qū)崿F(xiàn)將負(fù)壓控制在±0.5%的范圍內(nèi)，具有控制精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，該P(yáng)ID 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

該變頻控制系統(tǒng)投入使用后，對(duì)陽(yáng)煤集團(tuán)開元公司瓦斯抽采系統(tǒng)的使用情況進(jìn)行對(duì)比（見表1）。由對(duì)比結(jié)果可知，優(yōu)化后瓦斯抽采泵工作時(shí)的電流比優(yōu)化前降低了25%，有功功耗降低了36.4%，將瓦斯發(fā)電功率提高了26.7%，實(shí)現(xiàn)了降耗、提效的雙重效益。

圖3 陽(yáng)煤集團(tuán)開元公司瓦斯抽采泵變頻控制系統(tǒng)

表1 優(yōu)化前后瓦斯抽采系統(tǒng)性能對(duì)比

4 結(jié)論

1）優(yōu)化前采用水電阻啟動(dòng)，導(dǎo)致瓦斯抽采泵在運(yùn)行時(shí)的工作效率低下，而且導(dǎo)致負(fù)載電機(jī)運(yùn)行時(shí)只能將泵的正壓力維持在較低的水平，造成瓦斯抽采量低下，無(wú)法維持瓦斯發(fā)電滿負(fù)荷運(yùn)行需求。

2）優(yōu)化后采用變頻控制系統(tǒng)對(duì)瓦斯抽采泵的抽采過(guò)程進(jìn)行控制，其工作電流比優(yōu)化前降低了25%，有功功耗降低了36.4%，將瓦斯發(fā)電功率提高了26.7%，實(shí)現(xiàn)了降耗、提效的雙重效益。