任宣宇

(中煤科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司,北京 100120)

煤炭發(fā)展需要大量水資源支撐,在許多老舊選煤廠,水資源的浪費(fèi)已限制了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。在2014年國(guó)家就已經(jīng)規(guī)定30萬(wàn)噸以下的小型煤礦不再新建、煤炭產(chǎn)能過(guò)剩的大前提下[2],在對(duì)新建設(shè)的選煤廠或既有老廠升級(jí)擴(kuò)能改造過(guò)程中,各大企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層越來(lái)越提倡資源節(jié)約,推行清潔生產(chǎn)和循環(huán)理念,因此集水坑與排水管道、排水泵由廠區(qū)內(nèi)的高配成為了標(biāo)配。但排水系統(tǒng)如何設(shè)置,泵組的布置與連接一直未形成統(tǒng)一的共識(shí),煤炭各類規(guī)范中也未給出建議,排水系統(tǒng)的布置幾乎均來(lái)源于設(shè)計(jì)師的主觀意志以及經(jīng)驗(yàn)。此前,多數(shù)選煤專業(yè)工程師傾向于并聯(lián)排水形式在運(yùn)營(yíng)時(shí)耗電量更低,實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用更低,故更多采用并聯(lián)排水形式。基于以上背景,本文以小保當(dāng)選煤廠沖洗排水系統(tǒng)為例,探討兩種排水形式的優(yōu)缺點(diǎn),以期為今后新建及改造煤炭系統(tǒng)沖洗排水提供一定的參考。

1 小保當(dāng)生產(chǎn)廢水系統(tǒng)概況

生產(chǎn)廢水主要為選煤工藝中煤泥水、沖洗排水、生產(chǎn)管道的跑冒滴漏以及設(shè)備檢修放空排水。生產(chǎn)廢水通過(guò)自流方式排至倉(cāng)或廠房的集水坑內(nèi),再通過(guò)渣漿泵或潛污泵進(jìn)行轉(zhuǎn)排。

最終廢水排至主廠房集中收集后送至濃縮機(jī)處理,生產(chǎn)廢水不外排,全部回收利用,形成一級(jí)閉路循環(huán)。

生產(chǎn)廢水回收系統(tǒng)主要有兩種轉(zhuǎn)排形式：一種為渣漿泵串聯(lián)形式:廢水通過(guò)相鄰渣漿泵逐個(gè)接力排至室外架空排水干管；另一種為渣漿泵并聯(lián)形式，即在高度相差不大、距離相差不遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi),多個(gè)渣漿泵連接至同一排水干管,廢水可由最遠(yuǎn)端渣漿泵直接排至室外架空排水干管,不需要經(jīng)過(guò)多泵轉(zhuǎn)排。

小保當(dāng)選煤廠塊煤倉(cāng)為八連倉(cāng),具有倉(cāng)體長(zhǎng)、泵坑多的特點(diǎn)。每倉(cāng)倉(cāng)下均有一臺(tái)渣漿泵,塊煤倉(cāng)總長(zhǎng)198 m。以下以小保當(dāng)選煤廠塊煤倉(cāng)倉(cāng)下排水系統(tǒng)為例,詳細(xì)對(duì)比兩種方案的投資及運(yùn)行費(fèi)用[3-4]。

2 兩種轉(zhuǎn)排形式特點(diǎn)

2.1 串聯(lián)排水

串聯(lián)方式管道管徑DN80,在管道上不需設(shè)置多余閥門(mén),若由最遠(yuǎn)端泵轉(zhuǎn)排至室外架空排水干管需先后開(kāi)啟8臺(tái)渣漿泵。每臺(tái)泵由于輸送距離較近,水泵揚(yáng)程為7.7 m即可,流量為25 m3/h,功率1.1 kW,泵型號(hào)為50WQ/C249-1.1-R-PJ[5],選煤施委集水坑有效容積為1.5 m×1.5 m×1 m,按每天集滿水一次計(jì)算。每次啟泵時(shí)間為5.4 min,見(jiàn)圖1。

圖1 串聯(lián)排水系統(tǒng)圖

由表1計(jì)算出,塊煤倉(cāng)倉(cāng)下排水泵一天用電量為3.6度,每年生產(chǎn)時(shí)間為330 d,一年用電量為1 188度,根據(jù)榆林電網(wǎng)銷售電價(jià)表查得,大工業(yè)生產(chǎn)用電價(jià)格為0.43元/kW·h[6],8臺(tái)渣漿泵運(yùn)行一年費(fèi)用為510元。

表1 串聯(lián)泵各項(xiàng)參數(shù)

根據(jù)實(shí)際供貨廠家對(duì)小保當(dāng)選煤廠潛污泵實(shí)際售價(jià)查得,該型號(hào)泵2 213元/臺(tái),泵投資為:2 213×8=17 704元。

DN80(外徑×壁厚=D88.5 m×4 m)管道長(zhǎng)220m,鋼材單價(jià)4.5元/kg[7],帶入公式P=0.024 66S(D-S)可得:P=0.024 66×4×(88.5-4)=8.335 kg/m

每米管道為4.5·P=37.5元計(jì)算,管道投資為8 250元。

根據(jù)實(shí)際供貨閥門(mén)廠家報(bào)價(jià)查得:DN80止回閥530元/個(gè)[8],倉(cāng)下需DN80止回閥8個(gè),投資為530×8=4 240元。

末煤倉(cāng)倉(cāng)下串聯(lián)潛水泵總投資+一年運(yùn)行投資為510+17 704+8 250+4 240=30 704元。

2.2 并聯(lián)排水

由圖2可知,考慮兩臺(tái)或三臺(tái)泵同時(shí)開(kāi)啟的可能性,串聯(lián)方式管道管徑設(shè)計(jì)為DN125,在干管上需多設(shè)置止回閥以防廢水回流或誤入其他集水坑,排水時(shí)僅需開(kāi)啟所在集水坑排水泵,即可將水直接排至室外架空排水干管內(nèi)。每臺(tái)泵由于輸送距離較遠(yuǎn),水泵揚(yáng)程為30 m,流量為25 m3/h,功率5.5 kW,泵型號(hào)為65WQ/C245-5.5-R-PJ[5],按照選煤施委集水坑有效容積為1.5 m×1.5 m×1 m,按集水坑每天集滿水一次計(jì)算，則每次啟泵時(shí)間為5.4 min。

圖2 并聯(lián)排水系統(tǒng)圖

由表2計(jì)算得,塊煤倉(cāng)倉(cāng)下排水泵一天用電量為4度,每年生產(chǎn)時(shí)間為330 d,一年用電量1 320度,8臺(tái)渣漿泵運(yùn)行一年費(fèi)用為567.6元。

表2 并聯(lián)泵各項(xiàng)參數(shù)

根據(jù)實(shí)際供貨廠家對(duì)小保當(dāng)選煤廠潛污泵實(shí)際售價(jià)查得,該型號(hào)泵3 880元/臺(tái),泵投資為:3 880×8=31 040元。

DN125(外徑×壁厚=D140 m×4.5 m)管道根據(jù)公式P=0.024 66S(D-S)及鋼材單價(jià)4.5元/kg[7]可得,每米管道價(jià)格為67.5元,管道投資為67.5×220=14 850元。

根據(jù)實(shí)際供貨閥門(mén)廠家報(bào)價(jià)查得:DN125止回閥1 040元/個(gè),DN80止回閥530元/個(gè)[8],倉(cāng)下需DN80止回閥8個(gè),DN125止回閥6個(gè),投資為:1 040×6+530×8=10 480元。

末煤倉(cāng)倉(cāng)下并聯(lián)潛水泵總投資+一年運(yùn)行投資為567.6+31 040+14 850+10 480=56 937.6元。

由表3可以看出,串聯(lián)排水形式除啟泵次數(shù)多于并聯(lián)排水形式外,其余各項(xiàng)費(fèi)用均低于并聯(lián)排水形式。若采用串聯(lián)排水形式,一年可以節(jié)約電費(fèi)57.6元。

因此這就打破了傳統(tǒng)思維誤區(qū)。此前大多數(shù)設(shè)計(jì)人員認(rèn)為泵開(kāi)啟次數(shù)越多耗電量越高,會(huì)在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)增加運(yùn)行成本[9]。

表3 串并聯(lián)泵各項(xiàng)費(fèi)用對(duì)比

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上分析,可得出:串聯(lián)排水更經(jīng)濟(jì)節(jié)能，但同時(shí)也存在缺陷。

1)串聯(lián)排水有一定的經(jīng)濟(jì)節(jié)能優(yōu)勢(shì),但多臺(tái)泵串聯(lián)排水設(shè)計(jì)較容易造成后續(xù)泵、集水池負(fù)荷增大,發(fā)生故障頻率增高等問(wèn)題。8個(gè)水泵串聯(lián),若有1臺(tái)發(fā)生故障會(huì)造成排水失敗,安全性降低。反觀并聯(lián)排水雖然造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用較高,但排水可靠性強(qiáng)。

2)每日集水轉(zhuǎn)排次數(shù)為理想情況,實(shí)際生產(chǎn)中存在沖洗時(shí)間增多,沖洗水量增大的可能,則會(huì)多次出現(xiàn)集水滿池情況,第8號(hào)水泵會(huì)承受連續(xù)啟動(dòng)的壓力,出現(xiàn)滿足不了排水要求的情況。因此編號(hào)在后的水池應(yīng)按實(shí)際情況將容積適當(dāng)加大。

綜上所述，水泵的設(shè)置應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程情況而取舍是否串聯(lián)、并聯(lián)方式,一味想要確定固定形式并無(wú)太大意義,功能可靠才是工程的重要要素。