小保当矿井选煤厂生产废水输送方式研究

任宣宇

(中煤科工集团 北京华宇工程有限公司,北京 100120)

煤炭发展需要大量水资源支撑,在许多老旧选煤厂,水资源的浪费已限制了企业的可持续发展[1]。在2014年国家就已经规定30万吨以下的小型煤矿不再新建、煤炭产能过剩的大前提下[2],在对新建设的选煤厂或既有老厂升级扩能改造过程中,各大企业领导层越来越提倡资源节约,推行清洁生产和循环理念,因此集水坑与排水管道、排水泵由厂区内的高配成为了标配。但排水系统如何设置,泵组的布置与连接一直未形成统一的共识,煤炭各类规范中也未给出建议,排水系统的布置几乎均来源于设计师的主观意志以及经验。此前,多数选煤专业工程师倾向于并联排水形式在运营时耗电量更低,实际运行费用更低,故更多采用并联排水形式。基于以上背景,本文以小保当选煤厂冲洗排水系统为例,探讨两种排水形式的优缺点,以期为今后新建及改造煤炭系统冲洗排水提供一定的参考。

1 小保当生产废水系统概况

生产废水主要为选煤工艺中煤泥水、冲洗排水、生产管道的跑冒滴漏以及设备检修放空排水。生产废水通过自流方式排至仓或厂房的集水坑内,再通过渣浆泵或潜污泵进行转排。

最终废水排至主厂房集中收集后送至浓缩机处理,生产废水不外排,全部回收利用,形成一级闭路循环。

生产废水回收系统主要有两种转排形式：一种为渣浆泵串联形式:废水通过相邻渣浆泵逐个接力排至室外架空排水干管；另一种为渣浆泵并联形式，即在高度相差不大、距离相差不远的区域内,多个渣浆泵连接至同一排水干管,废水可由最远端渣浆泵直接排至室外架空排水干管,不需要经过多泵转排。

小保当选煤厂块煤仓为八连仓,具有仓体长、泵坑多的特点。每仓仓下均有一台渣浆泵,块煤仓总长198 m。以下以小保当选煤厂块煤仓仓下排水系统为例,详细对比两种方案的投资及运行费用[3-4]。

2 两种转排形式特点

2.1 串联排水

串联方式管道管径DN80,在管道上不需设置多余阀门,若由最远端泵转排至室外架空排水干管需先后开启8台渣浆泵。每台泵由于输送距离较近,水泵扬程为7.7 m即可,流量为25 m3/h,功率1.1 kW,泵型号为50WQ/C249-1.1-R-PJ[5],选煤施委集水坑有效容积为1.5 m×1.5 m×1 m,按每天集满水一次计算。每次启泵时间为5.4 min,见图1。

图1 串联排水系统图

由表1计算出,块煤仓仓下排水泵一天用电量为3.6度,每年生产时间为330 d,一年用电量为1 188度,根据榆林电网销售电价表查得,大工业生产用电价格为0.43元/kW·h[6],8台渣浆泵运行一年费用为510元。

表1 串联泵各项参数

根据实际供货厂家对小保当选煤厂潜污泵实际售价查得,该型号泵2 213元/台,泵投资为:2 213×8=17 704元。

DN80(外径×壁厚=D88.5 m×4 m)管道长220m,钢材单价4.5元/kg[7],带入公式P=0.024 66S(D-S)可得:P=0.024 66×4×(88.5-4)=8.335 kg/m

每米管道为4.5·P=37.5元计算,管道投资为8 250元。

根据实际供货阀门厂家报价查得:DN80止回阀530元/个[8],仓下需DN80止回阀8个,投资为530×8=4 240元。

末煤仓仓下串联潜水泵总投资+一年运行投资为510+17 704+8 250+4 240=30 704元。

2.2 并联排水

由图2可知,考虑两台或三台泵同时开启的可能性,串联方式管道管径设计为DN125,在干管上需多设置止回阀以防废水回流或误入其他集水坑,排水时仅需开启所在集水坑排水泵,即可将水直接排至室外架空排水干管内。每台泵由于输送距离较远,水泵扬程为30 m,流量为25 m3/h,功率5.5 kW,泵型号为65WQ/C245-5.5-R-PJ[5],按照选煤施委集水坑有效容积为1.5 m×1.5 m×1 m,按集水坑每天集满水一次计算，则每次启泵时间为5.4 min。

图2 并联排水系统图

由表2计算得,块煤仓仓下排水泵一天用电量为4度,每年生产时间为330 d,一年用电量1 320度,8台渣浆泵运行一年费用为567.6元。

表2 并联泵各项参数

根据实际供货厂家对小保当选煤厂潜污泵实际售价查得,该型号泵3 880元/台,泵投资为:3 880×8=31 040元。

DN125(外径×壁厚=D140 m×4.5 m)管道根据公式P=0.024 66S(D-S)及钢材单价4.5元/kg[7]可得,每米管道价格为67.5元,管道投资为67.5×220=14 850元。

根据实际供货阀门厂家报价查得:DN125止回阀1 040元/个,DN80止回阀530元/个[8],仓下需DN80止回阀8个,DN125止回阀6个,投资为:1 040×6+530×8=10 480元。

末煤仓仓下并联潜水泵总投资+一年运行投资为567.6+31 040+14 850+10 480=56 937.6元。

由表3可以看出,串联排水形式除启泵次数多于并联排水形式外,其余各项费用均低于并联排水形式。若采用串联排水形式,一年可以节约电费57.6元。

因此这就打破了传统思维误区。此前大多数设计人员认为泵开启次数越多耗电量越高,会在实际生产运行时增加运行成本[9]。

表3 串并联泵各项费用对比

3 结论

经过以上分析,可得出:串联排水更经济节能，但同时也存在缺陷。

1)串联排水有一定的经济节能优势,但多台泵串联排水设计较容易造成后续泵、集水池负荷增大,发生故障频率增高等问题。8个水泵串联,若有1台发生故障会造成排水失败,安全性降低。反观并联排水虽然造价和运行费用较高,但排水可靠性强。

2)每日集水转排次数为理想情况,实际生产中存在冲洗时间增多,冲洗水量增大的可能,则会多次出现集水满池情况,第8号水泵会承受连续启动的压力,出现满足不了排水要求的情况。因此编号在后的水池应按实际情况将容积适当加大。

综上所述，水泵的设置应根据实际工程情况而取舍是否串联、并联方式,一味想要确定固定形式并无太大意义,功能可靠才是工程的重要要素。