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某矿山排水用电避峰填谷技术方案研究
2019-05-20
地下矿山的排水费用一直是矿山生产成本的重要部分,特别是大水地下矿山,更是制 约采矿成本的重要因素。以国家分时电费电价政策为切入点,根据不同时间段电费不同的原则,采 用避峰填谷用电方式,对比不同水泵运行方案的电费支出情况,得出最优方案。同时,结合矿山的 水仓容积,计算出水泵运行与水仓内水量变化情况,对运行方案进行最终优化,得出合理的、可行的 水泵运行方案。通过对矿山排水用电避峰填谷技术方案研究,降低矿山排水费用,对矿山企业降低 生产成本,提升市场竞争力有着重要意义。
Serial No. 600 April. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 600期 2019 年 4 月第 4 期 某矿山排水用电避峰填谷技术方案研究 李成斌ꢀ 杨ꢀ 闯ꢀ 王宝文 ( 河钢集团矿业公司) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 地下矿山的排水费用一直是矿山生产成本的重要部分,特别是大水地下矿山,更是制 约采矿成本的重要因素。 以国家分时电费电价政策为切入点,根据不同时间段电费不同的原则,采 用避峰填谷用电方式,对比不同水泵运行方案的电费支出情况,得出最优方案。 同时,结合矿山的 水仓容积,计算出水泵运行与水仓内水量变化情况,对运行方案进行最终优化,得出合理的、可行的 水泵运行方案。 通过对矿山排水用电避峰填谷技术方案研究,降低矿山排水费用,对矿山企业降低 生产成本,提升市场竞争力有着重要意义。 关键词ꢀ 分时电费电价ꢀ 避峰填谷ꢀ 井下排水 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 04. 076 ꢀ ꢀ 国家在调节电力市场供需矛盾方面,采用了分 2ꢀ 分时电价情况 时电费电价政策,该政策很好地缓解电网峰谷差的 用电矛盾,引导科学化、合理化的用电消费。 地下矿 山排水用电占采矿总用电量的 50% 左右,涌水量较 大的矿山达 70% ,井下排水用电是采矿成本的重要 组成部分。 因此,降低排水成本,对矿山的降本增效 有重要意义。 传统的矿井排水时间主要根据主水仓 的水位变化,水仓水位到达一定位置后就开启水泵 排水,水位降到一定位置后就关闭水泵停止排水,并 没有考虑不同时段电费不同这一影响排水费用支出 的因素,没有合理地利用国家电力调控政策,导致排 水费用的浪费。 合理考虑水仓容积、排水能力、矿山 涌水量和分时电价等因素,确定水泵的运行时间,减 少水泵运行的电费支出,既可以降低企业的生产成 本,又可以缓解社会用电紧张问题。 根据供电部门实行分时电价原则,高峰时段为 每天 10 ∶ 00—12 ∶ 00 和 13 ∶ 00—19 ∶ 00,工业电价 为 0. 729 6 元/ 度;平段时段为每天 6 ∶ 00—10 ∶ 00、 12 ∶ 00—13 ∶ 00 和 19 ∶ 00—22 ∶ 00,工业电价为 0. 532 6 元/ 度; 低 谷 时 段 为 每 天 22 ∶ 00—次 日 6 ∶ 00,工业电价为 0. 335 6 元/ 度;通过分析,每 天 的 “ 峰段” 、“ 谷段” 、“ 平段” 时间各为8h,具体见 图 1。 1 ꢀ 工程概况 目前国内大多数矿山设计要求有 2 条独立的水 图 1ꢀ 用电“峰、谷、平”分时及电价 仓,每个水仓能容纳 2 ~ 4 h 的井下正常涌水量,工 作水泵能在 20 h 排出一昼夜正常涌水量。 某地下 3ꢀ 水泵运行方案研究 3 矿山 正 常 总 排 水 量 为 611 m / h, 水 仓 容 积 3 3 矿山正常总排水量为 611 m / h,按照水仓容纳 6 ~ 8 为 4 800 m 。 ꢁ425 m 中段泵房内设 4 台 MD450- h 正常涌水量计算,需要水仓总容积为 4 008 ~ 5 344 83A×7 型耐磨多级离心泵,功率为 1 000 kW,流量 3 3 m 。 结合矿山水文地质条件,确定水仓总容积为 4 为 450 m / h,借鉴其他矿山相应水泵的运行效率, 3 8 00 m 。 ꢁ425 m 中段泵房内设 4 台 MD450-83A×7 按照有效排量为额定排量的 90% 计算,单台水泵流 3 型耐磨多级离心泵。 排水管选用 3 条 ϕ273 mm×9 mm 无缝钢管,正常及最大水量时 2 条工作,1 条备 用,沿副井敷设出地表。 量为 400 m / h。 根据水泵开启的台数,拟定 3 种方 案。 ( 1)方案一为 2 台水泵同时排水方案,初步设 计说明书采用 2 台水泵同时排水,根据涌水量和排 水能力计算,采用该方案每天排水时间需要 18. 3 h。 ꢀ ꢀ 李成斌(1986—),男,工程师,063701 河北省滦州市响嘡镇。 2 46 ꢀ ꢀ 李成斌ꢀ 杨ꢀ 闯等:某矿山排水用电避峰填谷技术方案研究ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 每天用电“平段”和“谷段”时间仅为 16 h,即使完全 利用用电“平段”和“谷段”排水,仍不能满足排水需 要,每天至少有 2. 3 h 工作处于用电峰期。 为 19 ∶ 00—次日 13 ∶ 20, 停 止 运 行 时 间 为 13 ∶ 20—19 ∶ 00,水仓蓄水量与水泵运行的关系见图 2。 3 可以看出,选择方案一,水仓最大容积为 3 450 m 。 ( 2)方案二为“2+1”水泵运行方案,2 台水泵在 用电“平段” 和“谷段” 连续运行,在用电“谷段” 时 再增加一台水泵运行,根据涌水量和排水能力计算, 采用该方案需要 2 台水泵同时运行 16 h,同时 1 台 水泵再运行 4. 7 h,才能满足排水需要。 ( 3)方案三为 3 台水泵同时运行方案,根据涌 图 2ꢀ 方案一水仓内水量变化情况 水量和排水能力计算,采用该方案每天排水时间需 要 12. 2 h。 每天用电“谷段”8 h 完全利用,再在用 电“平段”运行 4. 2 h,能够满足排水需要。 水泵电费的计算公式为 方案二中,每天排水时间为 16 h,停泵时间为 8 h,根据电价分时原则,计划中,2 台水泵运行时段为 1 9 ∶ 00—次日 10:00 和 12 ∶ 00—13 ∶ 00,另外一台 水泵 运 行 时 间 为 0 ∶ 00—4 ∶ 40, 停 止 运 行 时 间 为 10 ∶ 00—12 ∶ 00 和 13 ∶ 00—19 ∶ 00, 水 仓 蓄 水 量与水泵运行的关系见图 3。 可以看出,选择方案 F = T1 W1 f1 + T2 W2 f2 + T3 W3 f3 , 式中,F 为水泵每日运行电费,元;T1 、T2 、T3 为不同 水泵的日运行时间,h;W1 、W2 、W3 为不同水泵的功 率,kW/ h;f1 、f2 、f3 为不同时间段的电价,元/ 度。 经计算, 方案一水泵每日运行电费 F1 = 2. 3 3 二,水仓最大容积为 4 510 m 。 × 6 2 000×0. 729 6+8×2 000×0. 532 6+8×2 000×0. 335 =17 248 元,水泵年运行电费为 629. 6 万元。 方案 二水泵每日运行电费 F2 = 8 ×2 000 ×0. 532 6 +8 ×2 0 00×0. 335 6+4. 6×1 000×0. 335 6 = 15 434 元,水泵 年运行电费为 563. 3 万元。 方案三水泵每日运行电 费 F3 =1. 2×4 000×0. 532 6+8×4 000×0. 335 6 = 13 图 3ꢀ 方案二水仓内水量变化情况 方案三中,每天排水时间为 12. 2 h,停泵时间为 11. 8 h, 根 据 电 价 分 时 原 则, 每 天 运 行 时 间 为 7 ∶ 40—10 ∶ 00、12 ∶ 00—13 ∶ 00、21 ∶ 00—6 ∶ 00。 2 91 元,水泵年运行电费为 485. 1 万元。 3 个方案水 泵运行时间与费用见表 1。 表 1ꢀ 不同方案水泵运行情况对比 水 泵 停 止 运 行 时 间 水泵运行 水泵运行 水泵运行电费用 与初设费用差值 为 10 ∶ 00—12 ∶ 00、13 ∶ 00—21 ∶ 00、6 ∶ 00—7 ∶ 40, 水仓蓄水量与水泵运行的关系见图 4。 可以看出, 方案 台数 / 台 时间 / h / (万元/ a) / (万元/ a) 一 二 三 2 2+1 3 18. 3 16+4. 7 12. 2 629. 6 563. 3 485. 1 0 3 选择方案三,水仓最大容积为 5 521 m 。 ꢁ66. 3 ꢁ144. 5 ꢀ ꢀ 综上所述,采用方案三,3 台水泵同时开启,费 用最 低, 较 初 步 设 计 节 省 水 泵 运 行 电 费 144. 5 万元/ a。 4 ꢀ 方案合理性验证 根据不同水泵运行方案,水泵运行的时间和停 图 4ꢀ 方案三水仓内水量变化情况 通过计算,方案二和方案三在停止排水时,水量 都超过了水仓容积,所以方案二和方案三排水运行 不能实现。 止的时间不同,所以对水仓容积的要求也不同。 水 仓的容积需满足在水泵连续运行时水仓不能被抽 干,在水泵停止运行时水仓不能被装满。 水仓设计 3 容积为 4 800 m ,考虑到水仓内的水不可能全部排 5ꢀ 排水方案优化 净和水仓淤泥影响,水仓容积应为在停泵期间内水 仓 最 大 蓄 水 量 的 110% , 故 实 际 水 仓 容 积 在保证水仓容积不变的前提下,合理有效利用 水仓的容积,保证排水费用能够降低,对排水方案进 行优化。 采用“1+2+3” 水泵运行方式,根据不同时 3 为 4 363 m 。 方案一中,每天排水时间为 18. 3 h,停泵时间为 期的水仓水量变化情况,合理开启水泵,3 台水泵得 运 行 时 间 为 1 台 水 泵 运 行 1. 5 h; 运 行 时 间 为 5 . 7 h, 根 据 电 价 分 时 原 则, 计 划 水 泵 运 行 时 段 2 47
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