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瓦斯抽采高耗能難題獲解

礦用水環(huán)真空泵綠色高效抽采新技術可節(jié)電百分之二十三、節(jié)水約百分之六十六

武曉娟

我國煤層氣（煤礦瓦斯）產(chǎn)業(yè)發(fā)展可謂一波三折，發(fā)展速度較為緩慢。由于瓦斯抽采難度大、濃度低，產(chǎn)業(yè)長期難破成本偏高、利用率低的困局。其中，成本偏高的原因之一，是由于井下瓦斯抽采系統(tǒng)運行效率低、能耗高。

有數(shù)據(jù)顯示，我國年產(chǎn)500萬噸以上的部分高瓦斯礦井的瓦斯抽采系統(tǒng)，僅年耗電量就高達數(shù)千萬甚至上億元。難題如何破解？

5年前，中國礦業(yè)大學周福寶教授團隊開始著手解決該問題。該團隊經(jīng)過深入研究與分析，得出結論——主要問題出在瓦斯抽采系統(tǒng)的動力源上，瓦斯抽采水環(huán)真空泵安全性好，但運行效率僅為15-40%，且能耗很大。經(jīng)過科技攻關，該團隊自主研發(fā)了礦用水環(huán)真空泵綠色高效抽采新技術，并在山西潞安集團余吾煤業(yè)有限公司成功應用。

“可以做到抽采瓦斯和節(jié)能減排兩不誤，特別是在節(jié)水方面，很好地解決了耗水多又必須進行瓦斯抽采保障安全的矛盾，節(jié)水同時又提高運行效率?？梢哉f，這個創(chuàng)新性的成果為瓦斯安全抽采及利用提供了堅實的技術支撐，不僅具有極大的經(jīng)濟效益，還對我國節(jié)電、節(jié)水具有重要意義?！痹?/SPAN>11月3日召開的“礦用水環(huán)真空泵綠色高效抽采技術”現(xiàn)場咨詢交流會上，中國工程院院士、安徽理工大學校長袁亮認為，該技術處于行業(yè)內(nèi)領先水平，應用前景廣闊。

節(jié)能效率提高到22%

加強煤礦瓦斯抽采是預防煤礦瓦斯事故的最重要舉措，國家也通過瓦斯“零超限”要求倒逼煤炭企業(yè)落實瓦斯抽采措施。記者了解到，作為瓦斯抽采系統(tǒng)的動力源，水環(huán)真空泵以水作為工作介質，以等溫壓縮方式進行抽排氣，具有安全可靠的性能，因此被廣泛應用于煤礦瓦斯抽采。

但為何之前用的瓦斯抽采泵會造成抽采系統(tǒng)運行效率低、能耗高？“水環(huán)真空泵本來就是高耗低效的機械產(chǎn)品，瓦斯抽采條件復雜、多變且不可控更是給節(jié)能‘拉了后腿’?！迸c會專家告訴記者，很多煤礦的泵站耗電費用占到了總耗電量的1/4，這與我國目前能源緊張的現(xiàn)狀以及節(jié)能減排要求極不適應。

“水環(huán)真空泵最早是從德國西門子技術引進國內(nèi)的，經(jīng)過一百余年的發(fā)展已成為一款成熟的產(chǎn)品，但水環(huán)真空泵的高耗低效是亟需解決的世界性難題。為此，我們首創(chuàng)了基于提效劑的礦用水環(huán)真空泵綠色高效抽采技術。一方面，發(fā)明了高分子提效劑，大幅降低瓦斯抽采泵的運行功耗；另一方面，開發(fā)了地面與井下兩種抽采模式，突破了水環(huán)真空泵高耗能、高耗水的技術瓶頸。該技術已在歐洲、美國等地區(qū)申請了國際PCT專利，并已獲得國內(nèi)授權發(fā)明專利?！敝芨殞τ浾弑硎荆嚓P部門對已運行裝備出具的檢測結果報告顯示，該技術節(jié)能率達到22%。

技術負責人、中國礦業(yè)大學張一帆博士告訴記者，團隊還在實驗室搭建了中型水環(huán)真空泵性能測試平臺，可實現(xiàn)瓦斯抽采系統(tǒng)不同運行工況下的動態(tài)、精確模擬及實時監(jiān)測。根據(jù)該平臺的測試結果，水環(huán)真空泵運行效率大大提高，由30.33%提高至40.18%；軸功率也由55.83千瓦降低至45.75千瓦，節(jié)能率為23.5%。

著名瓦斯防治專家、中國礦業(yè)大學教授俞啟香在接受記者采訪時指出：“他們另辟蹊徑，在水中加入安全環(huán)保的物質，大大減少了阻力從而降低運行功率，又做了技術創(chuàng)新，將原來的系統(tǒng)改為閉路循環(huán)系統(tǒng)，節(jié)能率大幅提高。工作做得很細很扎實，可以說，困擾行業(yè)已久的瓦斯抽采高耗能問題獲得了突破。”

節(jié)電節(jié)水效果顯著

據(jù)悉，余吾煤礦為高瓦斯礦井，同時運行大型水環(huán)真空泵20余臺，僅泵站年耗電量就在7000萬度以上，亟需開展節(jié)能技術改造。

張一帆告訴記者，在余吾煤礦搭建的特大型水環(huán)真空泵節(jié)能實驗系統(tǒng)，包括功率為800千瓦的大型水環(huán)真空泵、換熱設備、氣液分離器、進氣管路、數(shù)據(jù)監(jiān)控及處理系統(tǒng)。

“在地面和井下運行十個月，節(jié)能效果非常穩(wěn)定、明顯?！庇辔崦旱V總工程師王志堅介紹，新技術在該礦南風井地面瓦斯泵站和井下南翼移動瓦斯泵站應用效果很好。

王志堅進一步介紹，在南風井地面瓦斯泵站，建成了我國首座基于高分子提效劑的全封閉式水環(huán)真空泵綠色高效抽采系統(tǒng)，并通過采集提效劑進出口溫度、換熱器壓差等參數(shù)，實現(xiàn)了智能調控水環(huán)真空泵補排液，保證監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運行。應用新技術后，水環(huán)真空泵電機的功率由635千瓦降至492千瓦，大幅減輕了電機負荷，這樣也可延長電機壽命。目前每天可節(jié)約3434度電，單臺泵年節(jié)電量為125.3萬度，節(jié)電率為23.4%；每天耗水量由之前的15噸降至5噸，節(jié)水率為66.7%。由此推算，經(jīng)改造后的南風井地面瓦斯抽采泵站每年的節(jié)能效益可達250.6萬元。

在余吾煤礦井下南翼移動瓦斯泵站，改裝兩臺額定功率為250千瓦的瓦斯抽采泵后，運行電流顯著降低，平均節(jié)能效果在20%以上，該泵站年節(jié)電量可達148.2萬度，每年可節(jié)約77萬元。

僅需對原有設備進行改裝

“地面瓦斯抽采泵站型號大、耗水量大，并且基礎建設很復雜，比如有高位水池、低位水池、循環(huán)水管路等，我們的技術只需要將其工作介質由自然冷卻改進為強制對流換熱，將原有的半開式水池循環(huán)改進為全封閉機組式循環(huán)即可；井下移動瓦斯抽采泵站一般型號小、耗水量大、基礎設施簡單，可采用自主研制的氣動攪拌溶解裝置，對固態(tài)提效劑進行充分溶解以作為工作介質循環(huán)運行。也就是說，該技術只需在原有設備上就可以進行改造。”周福寶告訴記者。

除了節(jié)能效果顯著，該技術還可提高瓦斯抽采量。南風井測得的數(shù)據(jù)顯示，抽氣量由每分鐘591立方米提至598立方米。

“目前潞安集團下屬所有礦井瓦斯抽采泵年耗電量約4億千瓦以上。王志堅指出：“若對所有礦井進行整體節(jié)能改造，每年節(jié)電量將超過8000萬度?！?/SPAN>

“我國近半數(shù)礦井都是高瓦斯及煤與瓦斯突出礦井，如果所有礦井都可以應用該技術，節(jié)水、節(jié)電效果將很可觀。希望該項先進技術可盡快推向全國，也建議國家和地方政府加大政策支持力度?！痹琳f。對此，與會專家也一致認為，該技術應用前景可觀，若推廣至全國礦井，節(jié)能經(jīng)濟效益很是可觀；同時，也可以促進我國水環(huán)真空泵產(chǎn)業(yè)升級換代，提升煤礦生產(chǎn)安全水平，社會效益也十分顯著；此外，還可推廣應用于我國化工、電廠等使用水環(huán)真空泵的行業(yè)領域。（文章來源：中國煤炭報）