矿山井下排水系统节能优化设计.pdf

第 1 1 卷第 3 期 2 0 1 3年 6月 矿 业 工 程 M i ni n g Eng i n e e r i ng 49 矿山井下排水系统节能优化设计 张宁 宁 ( 中冶北方工程技术有限公司，辽宁 大连 1 1 6 6 2 2 ) 摘要 ：井下排水是矿 山设计 的重要组成部分 ，对井 下排水进 行节能优 化设计 ，既可 以保证排 水设备 的 安全稳定运行 ，又能够 降低排水 系统电耗 ，带来较好 的经济效益 。 关键词 ：井下 ；排水 系统 ；节 能 ；优 化设 计 中图分类号 ：T D 4 4 2 文献标 识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 1 8 5 5 0 ( 2 0 1 3 )0 3 0 0 4 9 0 2 0 引言 矿 山井 下 排水 电 耗 占全 矿 总 电 耗 的 1 7 5 4 0 9 ，有些矿 甚至高达 6 O 。排水设备 选择不 恰当和管道系统设计 不合理 ，都 会浪 费大量 的电 能 ，也不符合 国家节能降耗的要求 。因此 ，工程设 计如何保证在整个系统合理稳定的前提下 ，降低排 水 电耗 ，已被 我 国列 为矿 山节 能 的重要 研究 课题 。 水泵给水 系统 选择 的不合理 ，会 降低 系统效 率 ，增加能耗 ；而给水系统设计的不合理 ，会使排 水阻力增加 、电耗增大 ，也 降低 了泵 的汽蚀余量。 为了解决上述 问题 ，需要对矿山井下排水系统进行 节能优化设计 。 1 管路系统 的优 化设 计 采用 无底 阀排 水 。底 阀产 生 的阻力 占吸水 管 中 阻力的 7 O ，而 阻力不 仅增大 了电耗 、降低 了汽 蚀余量 ，还容易导致水泵汽蚀 、故障 ，增加 了检修 维护成本 。底阀的主要作用是在水泵启动前 ，使吸 水管和水泵叶轮间充满水和过滤水 中的杂质 ，只有 采用为水泵灌水启动的排水方式来配置底阀，而采 用真 空泵 吸入 水 启 动 的排 水 方 式 则 不 需 要 配 置 底 阀，因此 ，设计 中完全可以取 消水泵人 口的底 阀， 采 用 无底 阀设 计 。 吸水管道的合理设计对减小吸水阻力、降低能 耗 起 到较 大 的作用 。吸水 管应 尽可 能短 些 ，并 少用 弯头 ，在吸水管和水泵入 口处安装一段长度不小于 吸水管直径的 3 倍直管，或安装长度等于或大于大 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 1 2 2 作者简介 ：张宁宁 ( 1 9 8 0 一) ，女 ( 汉 族) ，辽宁人 ，中冶北方工程 技术有 限公 司工程师。 小头直径差的 7 倍且偏心的异径管 ，使水流以缓慢 且均 匀 的速度 进 入水 泵 。 管道规格 的选择对节能和投资产生双重影 响。 要根据相关规程规范进行详细的计算，按照不同的 进出口流速计算出相应的管径 ，使系统投资和经济 运行 达 到最佳 状 态 。 管道直径根据公式 ( 1 )计算选 出： ， 一 一 3 p 一 6 0 0 rv i i u J 式 中 Q 额 定 工 况 点 流 量 ，m。 h； 管 内的经济流速，一般情况 ，泵入 口经济流速取 0 8 1 5 m s ；泵 出口经济流速取 1 2 2 2 m s( 管 径大时用较大值 ，管径小时用较小值) ，最大不宜 超过3 0 m s ；d 。 管道 的计算内径 ，m。 管道壁厚根据公式 ( 2 )计算选 出： 一。 5 d ( a a _ 一 0 1 4 Pd ： 一1 )+a ， ( 2 ) 式 中d 管道 内径，mm；o a 许 用 应力 ， MP a ，铸铁管2 5 MP a ，焊接钢管8 0 MP a ，无缝钢 管 1 0 0 MP a ；Pd 管 道 最 低 点 压 力 ，MP a ； a r附加厚 度 ，mm。 2 排水泵 给水系统 的优化设计 井 下排 水 系统按 照水 文地 质报 告情 况可 分为 两 大类 ：1 )存在大水 或突然 涌水危险 的井下排水 ； 2 )突然涌水可能性不大的井下排水。有突然涌水 地质 的井下排水一般使用在地表集 中控制的潜水泵 ( 即潜入式排水) ，虽然潜水泵价格要 比一般卧式离 心泵 的价格高很多 ，但是当发生突然涌水时这种设 计可以保持水泵的设计能力 ，继续排水 ；突然涌水 可能性不大的井下排水 ，可采用吸入式或压人式排 5 0 矿 业 工 程 第1 1 卷 第3 期 水系统，下文主要论述和比较这两种排水系统的最 优选 择 。 目前 ，在 国内使用 的井下排水系统中，一般都 采用把真空泵连接到水泵注水 口上的方法 ，将排水 泵叶轮和进水管道 内抽成一定的真空，使配水池中 的水 在 真空 负压 下 进 入 泵 内 ( 无 底 阀排 水 ) ，然后 启 动排水 泵 ，即吸人式 排水 。 压 人式排 水 不受水 泵 吸程 的 限制 ，可 以选用低 吸程、无吸程或需要一定注水高度的高效率大流量 水泵，减少水泵台数 ，缩短泵房的长度 ，减少硐室 的工程量。压入式排水可避免汽蚀 ，提高水泵工作 的可靠性 ，延长水泵 的使用寿命。 以某矿山项 目的井下排水为例 ：该矿山没有大 水或突然涌水危 险，排水 泵房设在 1 0 0 0 m水平 ， 排水 管敷 设 在 竖 井 内 ，坑 内 水 经 竖 井 送 至 地 表 的 1 3 1 0 IT I 高位水池内，坑内总涌水量见表 1 。 表 1 坑 内总涌水量预测结果 2 1 设备 排水 能力 的确 定 正 常水 量 ： Q 一 一 -8 2 5 8 5 m3 h 最 大水 量 ： Q 。 一 鲁一 - 2 6 9 7 7 m 。 h 2 2 排水设备扬程的确定 H ： = = K H p l _ 1 31 0 3 41 m 式中K扬 程损 失 系数 ，对 于竖井 K一1 1 ； 对于斜井 K一1 2 1 3 5 ；H。 排水高度 ，m。 2 3 水 泵 的确定 根 据计算 ，本项 目如 采用 吸入 式排 水 ，则选 择 7台 D4 5 0 6 0 6型 水 泵 ，Q 一 4 5 0 m。 h ，H 一 3 6 0 m，NP S H一4 9 m，-q 一0 7 6 ，配 电动机功率 6 8 0 k W ；如 采 用 压 入 式 排 水 ， 则 选 择4 台 2 5 0 D K3 6 0型水泵 ，Q一1 1 0 o m。 h ，H=3 6 0 m， Hs -0 m，NP S H一1 4 3 m， 一0 8 3 ，配电动机 功 率 1 6 0 0 k W 。 2 4排水 费用 吸入式 排水 年 电耗 ： w n 一 3 65 1 6 51 7 36 0 1 0 0 0 9 8 一 一 一 8 8 3 3 9 2 8 kW h 压 人式排 水 年 电耗 ： w n2一 一 ! 旦 ： 墨 3 6 1 0 0 83 0 9 1 1 7 8 2 2 2 3 1 k W h 式 中w n 1 W n 2 排水 年 电耗 ，k Wh ；Q 吐 水泵 正 常排 水 量 ，m。 d ；H 水 泵 工况 点 扬 程 ，m。 压入 式排 水年 节约 电费 ： ( V n1 一 V n 2) 0 8 = = = 1 0 1 1 6 9 7X 0 9 2 9 3 0 8 万元 2 5硐 室开 凿量 吸 人式水 泵 房 的布置相 对简 单 ，但受 单 台水泵 的水量限制选择 7台水泵 ，硐室工程量大约为：水 泵房+配水井+管道斜巷一2 8 3 6 5 7 5 + 1 8 6 5 3 8 + 1 6 8 5 1 4 2 5 7 5 3 m。 。 压入式水泵房的布置 ，选择水泵 4台 ，但水泵 房的布置要使水泵入口低于水仓最低排水液位以下 4 3 m，增加 了水泵 房 到竖井 的管 道斜 巷 的工 程 量，硐室工程量大约为 ：水泵房+配水井+管道斜 巷+配水闸阀操作室及通道 一4 9 5 3 4 0 + 1 8 6 5 2 4 +1 6 8 5 1 9 + 6 3 23 0 2 9 3 8 6 i n 。 。 采用压入式排水比吸人式排水的硐室开凿量增 ； 3 6 3 3 I n 。 ，即增加投资 1 8 1 7 万元。 综上所述 ，在水文地质和工程地质都适合 的条 件下，采用压入式泵房的硐室开凿量增加不大，而 且 具有 显著 的节 能效 果 。 3 结语 矿山排水设计的很多细节都会对系统的节能及 稳定运行产生重要影响，设计中应根据矿山的实际 情况 ，对排水系统进行优化和选型配置，使整个系 统更加经济、高效的运行 ，这样对节约能源具有十 分重要 的意义 。 参考文献 ： 1 张 富民主编 采 矿设计 手册 M北京 ：中国建筑 工业 出 版 社 ，1 9 8 8 第 1 1卷第 3期 2 0 1 3年 6月 矿 业 工 程 M i n i ng En g i ne e r i n g 51 宁钢烧结机烟气循环新技术的应用 吴 天 月 ( 中冶北方工程技术有限公司，辽宁 鞍山 1 1 4 0 5 1 ) 摘要 ：介绍 了宁钢烧结 机工程采用烟气循环新技 术 ，对烧结废 气低温余 热循环利用 ，从 而减少烧 结工 艺生产 的废气排放 总量 以及 污染 物排放量 ，同时 回收和利用烧结 烟气 的余 热 、降低烧结工艺的能耗 。 关键词 ：烧结 ；烟气循环 ；余热 ；节 能减排 中图分类号 ：X 7 0 1 文献标识码 ：A 文章编 号 ：1 6 7 1 8 5 5 0( 2 0 1 3 )0 3 0 0 5 1 一O 2 0 引言 烧结工序是钢铁行业 的能耗及污染排放大户。 尚未得到有效利用 的余热资源中，烧结低温余热是 其 中主要的一种 。据烧结热平衡分析 ，烧结废气及 烧结饼带走的物理热 占整个烧结工艺能耗 约 5 O 6 O 。然 而 ，包 括 宝 钢 在 内 的 国 内 钢 铁 生 产 企 业 ，对烧结低温余热资源还没能全部有效地 回收利 用 。 原设计烧结台车是吸入冷风烧结 ，其消耗焦粉 较多 ，并且成品率的提高也受到限制 。如果能利用 其 中部分的高温废气供应烧结台车热风烧结 ，便可 以收到降低焦 比，并提高烧 结矿成 品率的双重效 果 。 烧结烟气循环利用的技术特点，是基于一部分 热废气被再次引入到烧结工艺过程的原理 。热废气 再次通过烧结料层时，因热交换和烧结料层的自动 蓄热作用 ，可将废气的低温显热全部供给烧结混合 收稿时间 ：2 O l 3 0 1 2 5 作 者简介 ：吴天月 ( 1 9 8 O 一) ，女 ( 汉族 ) ，辽宁葫芦岛人 ，中冶北 方工程技 术有限公司工程师。 料，与此 同时，热废气 中的二嗯英 、P AHs 、VOC 等有机污染物在通过烧结料层 中高达 1 3 0 0 以上 的烧结 带 时 被 分 解 ，NOx在 通 过 高 温烧 结 带 时 能 够通过 热分解被部分破 坏，尽管二 嗯英、P AHs 、 VO C等有机污染物在烧结预热带有可能重新合成 ， 但废气循环烧结仍然可以显著减少有机污染物的排 放 以及大幅度削减废气排放总量。 1 烟气循 环技术 1 1 工艺原 理 节能：1 )烧结烟气 温度约 1 5 0 ，某些 特定风箱的烟气温度约达 3 5 0 C或更高一些 ，循环 烟气 中的显热可 以得 到利 用；2 )烧结烟气 中 C O 平均体积浓度为 0 4 1 0 ，此外 ，还有一定 数量的其它可燃有机物 ，这部分物质的潜热可以得 到利用 ；3 )烟气循环使用 的风机和 电机将 消耗部 分电能 ，这部分烟气如果不循环就要通过脱硫设施 和高烟囱排放 ，将消耗更多的 电能；4 )最终排放 烟气量可减少 2 5 3 5 ，电除尘及脱硫设备等 规模投资和运行能耗可明显 降低 ；5 )采用该技术 后总能耗可降低 3 以上。 减排 ：1 )S O。 ：由于排放 烟气量 的减 少 - - - -_- - - 一- Ene r g y Co n s e r v a t i o n Opt i mi z a t i o n De s i g n o f Und e r g r o u n d Dr a i na g e S y s t e m ZHANG Ni n g ni n g ( No r t h e r n E n g i n e e r i n g a n d Te c h n o l o g y C o r p o r a t i o n， M C C， Da l i a n 1 1 6 6 2 2，Ch i n a ) Ab s t r a c t ： Th e u n d e r g r o u n d d r a i n a g e i s a n i mp o r t a n t p a r t o f t h e mi n e d e s i g n Th e e n e r g y c o n s e r v a t i o n o p t i mi z a t i o n d e s i g n o f t h e u n d e r g r o u n d d r a i n a g e s y s t e m wi l l n o t o n l y g u a r a n t e e t h e s a f e a n d s t a b l e o p e r a t i o n o f d r a i n a g e e q u i p me n t ， b u t a l s o r e d u c e t h e p o we r c o n s u mp t i o n o f t h e d r a i n a g e s y s t e m b r i n g i n g g o o d e c o n o m i c b e n e f i t s Ke y wo r ds：und e r g r oun d； dr a i na ge s ys t e m ； e n e r g y c ons e r v a t i om opt i mi z a t i on d e s i gn