煤礦乳化液地面集中供液節能分析一、引言隨著煤礦采煤工作面支護液壓化的推廣應用，乳化液泵站已成為煤礦普遍使用的設備之一。傳統的井下分散式供液每個工作面裝備一個泵站系統，泵站一般裝置23臺乳化泵，一用一備或兩用一備。乳化泵單機容量一般在幾十至幾百千瓦，每小班運行時間約7小時，其用電量較大。煤礦采煤工作面支護作業雖然為間隙性用液，但用液必須是“隨用隨取”，故乳化泵必須始終處于連續運行狀態，因此大部分時間處于無效運行狀態。而且，因為支護作業過程中有時需要支護設備快速動作，其短時用液量較大，要求所安裝的乳化泵具有足夠大的容量，因此，乳化泵是煤礦的主要耗電設備之一。盡管目前乳化泵在結構上采用了先導式卸載閥，使乳化泵在卸載運行階段處于“輕載”運行，降低了部分無效能量消耗，但此時乳化泵仍處于高速運行狀態，其機械摩擦和液體通過乳化泵循環流動所造成的能量損失依然較大，大量的能量被浪費。基于上述情況，部分煤礦應用乳化泵防爆變頻電控系統，具有一定的節電效果，節電率可達30%以左右。但由于乳化泵站安裝在井下靠近采煤工作面，其變頻控制系統在惡劣使用環境下，故障率高，受命短，而且設備必須具備防爆、防潮、防塵等性能，其價格昂貴，在一定程度上阻礙了技術的推廣應用。近幾年，湖南星奧信息技術有限公司研制出“乳化液地面集中供液系統”，并在湖南、貴州各煤礦推廣應用，取得了極為顯著的應用效果。采用地面集中供液方式的實質是以一臺乳化泵運行代替原多臺乳化泵同時運行，以地面泵站代替井下泵站，以變頻運行代替工頻運行。實踐證明，這種方式節省了設備購置和運行臺數，消除了乳化泵的空載運行，改善了設備運行環境，不僅大幅節約了電能，也大大減少了設備的故障率，延長了設備的使用壽命。經現場測定，采用地面集中供液比井下分散式供液，其綜合節電率達80%以上。二、乳化泵在工頻運行方式下的電量消耗乳化泵在工頻運行狀態下，其電能消耗主要分為兩部分：一是為乳化泵為乳化液加壓時消耗的“有用部分”；二是乳化泵在卸載狀態下無效運行消耗的“無用部分”。下面對此兩部分電能消耗量進行分析：分散式供液方式為每個采煤工作面設置一個泵站系統，每站安裝2臺乳化泵（一用一備）。若單臺乳化泵的額定功率為N（Kw），每小班乳化泵運行7小時。工作面支護作業一般實際用液時間一般為1小時左右（與實際測定基本相符），則乳化泵空載運行時間為6小時。（一）用于為乳化液加壓的有用電耗該部分電量消耗用于為液壓設備提供高壓乳化液，是有用電耗。每小班有用電耗計算如下：W1k1h1N=0.851N0.85N（Kwh）式中：W1每小班有用功耗，Kwh；k1乳化泵滿負荷下電機的負荷率，取0.85；h1每小班支護作業用液時間，為1小時；N單臺乳化泵電機額定功率，為N（Kw）。（二）乳化泵在卸載狀態下無效運行消耗的電量乳化泵在卸載后，乳化泵仍然全速運轉，乳化泵不排出壓力乳化液，故為無效運行。在無效運行階段，其功耗主要為電機的空耗、乳化泵的機械摩擦損耗和乳化液經過吸入管道、吸液閥、排液閥、卸載閥及回液管道循環流動造成的壓力損耗。這時，乳化泵雖然處于一種輕載運行狀態，但因乳化液在循環流動過程中要克服進、排液閥的彈簧產生阻力，乳化泵仍帶有一定的壓力下運行，因此，其消耗的功率依然較大。經實際測定，乳化泵卸載運行時，其負載率達到電機額定功率60%以上，而且其每小班運行時間達6小時，其消耗的電量遠多于有用電耗。乳化泵每小班卸載運行時所損耗表示為：W2k2h2N=0.66N3.6N（Kwh）式中：W2每小班乳化液卸載運行消耗的電量，Kwh；K2乳化泵卸載運行下的負載率，為0.6；h2每小班乳化泵卸載運行時間，為6小時；N單臺乳化泵電機額定功率，為N（Kw）。 （三）總電量消耗1單臺乳化泵運行時每小班消耗的電量WW1W20.85N3.6N4.45N（Kwh）式中：W分散式供液每個工作面每小班乳化泵消耗的電量，Kwh；W1每小班有用功耗，Kwh；W2每小班乳化液卸載運行消耗的電量，Kwh。2每小班全礦井乳化泵消耗的總電量若一個礦井有n個采煤工作面同時作業，則全礦井乳化泵每小班消耗的總電量為W總n4.45N（Kwh）式中：W總集中供液全礦井每小班乳化液消耗的總電量，Kwh；n全礦井同時作業工作面個數；N單臺乳化泵電機額定功率，為N（Kw）。三、采用地面集中供液方式的電能消耗由于采用地面集中供液方式，乳化泵采用了變頻控制，實現了“恒壓、按需供液”，故完全消除了乳化泵的無效運行。若近似將集中供液和分散式供液兩種方式在供給工作面壓力乳化液所消耗的有用電量看作相等（與實際基本相符），則采用地面集中供液方式全礦井每小班消耗的總電量計算如下：W，總nW1=n0.85N （Kwh）四、節電率計算通過將井下分散式供液改為地面集中供液后，其節電率按下式計算：（W總W，總）W總（n4.45Nn0.85N）n4.45N 81%五、結論由以上計算分析得出，采用地面集中供液相對于井下分散式供液節電率可達80%以上，而且具有節約設備的初期投入、乳化泵的故障率低、使用壽命長（可達15年）、維護費用低等優勢。目前，該技術已在湖南、貴州等省煤礦得到迅速推廣使用。該項技術不僅適用于新建礦井，也適用于老井改造，也不