小保當礦井選煤廠生產廢水輸送方式研究

任宣宇

(中煤科工集團 北京華宇工程有限公司,北京 100120)

煤炭發展需要大量水資源支撐,在許多老舊選煤廠,水資源的浪費已限制了企業的可持續發展[1]。在2014年國家就已經規定30萬噸以下的小型煤礦不再新建、煤炭產能過剩的大前提下[2],在對新建設的選煤廠或既有老廠升級擴能改造過程中,各大企業領導層越來越提倡資源節約,推行清潔生產和循環理念,因此集水坑與排水管道、排水泵由廠區內的高配成為了標配。但排水系統如何設置,泵組的布置與連接一直未形成統一的共識,煤炭各類規范中也未給出建議,排水系統的布置幾乎均來源于設計師的主觀意志以及經驗。此前,多數選煤專業工程師傾向于并聯排水形式在運營時耗電量更低,實際運行費用更低,故更多采用并聯排水形式。基于以上背景,本文以小保當選煤廠沖洗排水系統為例,探討兩種排水形式的優缺點,以期為今后新建及改造煤炭系統沖洗排水提供一定的參考。

1 小保當生產廢水系統概況

生產廢水主要為選煤工藝中煤泥水、沖洗排水、生產管道的跑冒滴漏以及設備檢修放空排水。生產廢水通過自流方式排至倉或廠房的集水坑內,再通過渣漿泵或潛污泵進行轉排。

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

生產廢水回收系統主要有兩種轉排形式：一種為渣漿泵串聯形式:廢水通過相鄰渣漿泵逐個接力排至室外架空排水干管；另一種為渣漿泵并聯形式，即在高度相差不大、距離相差不遠的區域內,多個渣漿泵連接至同一排水干管,廢水可由最遠端渣漿泵直接排至室外架空排水干管,不需要經過多泵轉排。

小保當選煤廠塊煤倉為八連倉,具有倉體長、泵坑多的特點。每倉倉下均有一臺渣漿泵,塊煤倉總長198 m。以下以小保當選煤廠塊煤倉倉下排水系統為例,詳細對比兩種方案的投資及運行費用[3-4]。

2 兩種轉排形式特點

2.1 串聯排水

串聯方式管道管徑DN80,在管道上不需設置多余閥門,若由最遠端泵轉排至室外架空排水干管需先后開啟8臺渣漿泵。每臺泵由于輸送距離較近,水泵揚程為7.7 m即可,流量為25 m3/h,功率1.1 kW,泵型號為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算。每次啟泵時間為5.4 min,見圖1。

圖1 串聯排水系統圖

由表1計算出,塊煤倉倉下排水泵一天用電量為3.6度,每年生產時間為330 d,一年用電量為1 188度,根據榆林電網銷售電價表查得,大工業生產用電價格為0.43元/kW·h[6],8臺渣漿泵運行一年費用為510元。

表1 串聯泵各項參數

根據實際供貨廠家對小保當選煤廠潛污泵實際售價查得,該型號泵2 213元/臺,泵投資為:2 213×8=17 704元。

DN80(外徑×壁厚=D88.5 m×4 m)管道長220m,鋼材單價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元計算,管道投資為8 250元。

根據實際供貨閥門廠家報價查得:DN80止回閥530元/個[8],倉下需DN80止回閥8個,投資為530×8=4 240元。

末煤倉倉下串聯潛水泵總投資+一年運行投資為510+17 704+8 250+4 240=30 704元。

2.2 并聯排水

由圖2可知,考慮兩臺或三臺泵同時開啟的可能性,串聯方式管道管徑設計為DN125,在干管上需多設置止回閥以防廢水回流或誤入其他集水坑,排水時僅需開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。每臺泵由于輸送距離較遠,水泵揚程為30 m,流量為25 m3/h,功率5.5 kW,泵型號為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算，則每次啟泵時間為5.4 min。

圖2 并聯排水系統圖

由表2計算得,塊煤倉倉下排水泵一天用電量為4度,每年生產時間為330 d,一年用電量1 320度,8臺渣漿泵運行一年費用為567.6元。

表2 并聯泵各項參數

根據實際供貨廠家對小保當選煤廠潛污泵實際售價查得,該型號泵3 880元/臺,泵投資為:3 880×8=31 040元。

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

根據實際供貨閥門廠家報價查得:DN125止回閥1 040元/個,DN80止回閥530元/個[8],倉下需DN80止回閥8個,DN125止回閥6個,投資為:1 040×6+530×8=10 480元。

末煤倉倉下并聯潛水泵總投資+一年運行投資為567.6+31 040+14 850+10 480=56 937.6元。

由表3可以看出,串聯排水形式除啟泵次數多于并聯排水形式外,其余各項費用均低于并聯排水形式。若采用串聯排水形式,一年可以節約電費57.6元。

因此這就打破了傳統思維誤區。此前大多數設計人員認為泵開啟次數越多耗電量越高,會在實際生產運行時增加運行成本[9]。

表3 串并聯泵各項費用對比

3 結論

經過以上分析,可得出:串聯排水更經濟節能，但同時也存在缺陷。

1)串聯排水有一定的經濟節能優勢,但多臺泵串聯排水設計較容易造成后續泵、集水池負荷增大,發生故障頻率增高等問題。8個水泵串聯,若有1臺發生故障會造成排水失敗,安全性降低。反觀并聯排水雖然造價和運行費用較高,但排水可靠性強。

2)每日集水轉排次數為理想情況,實際生產中存在沖洗時間增多,沖洗水量增大的可能,則會多次出現集水滿池情況,第8號水泵會承受連續啟動的壓力,出現滿足不了排水要求的情況。因此編號在后的水池應按實際情況將容積適當加大。

綜上所述，水泵的設置應根據實際工程情況而取舍是否串聯、并聯方式,一味想要確定固定形式并無太大意義,功能可靠才是工程的重要要素。