冷冻站节能主要体现在节约用电及用水上,其中节电程度决定冷冻站节能效果的大小。在冻结运转的过程中,一般根据冻结壁温度场分析结果,通过减少制冷机组的运行数量来调整冷冻站制冷量,这种通过技术管理达到最佳节电效果是冷冻站节电管理的日常工作,在此基础上,如果进一步加大节电效果是目前从事冻结施工的企业普遍急需解决的问题。
盐水泵作为输送低温盐水至地下冻结器对地层进行冻结的动力设备,其电机功率主要是根据设计的最大盐水流量和克服管道阻力所需的最大扬程进行选择的。在积极冻结期,盐水泵一般均是满负荷运行,其电机功率均达到甚至超过额定功率,随着冻结壁的交圈及逐渐达到设计厚度后,冻结壁所需冷量逐渐减少,所需的盐水流量也逐渐减小,如果不控制盐水泵的运行势必会造成电能的大量浪费,因此盐水泵的节能运行非常必要。以往主要通过控制盐水泵的进出口阀门,或者另外安装一台小流量的盐水泵来减小盐水流量,前者虽然减小了盐水流量但节电效果不明显,后者增加了安装费用、流量减小幅度单一且操作时间点不好把握对工程带来一定的安全风险。
近年来,通过对变频器技术的研究,并在充分对变频器的应用情况进行了市场调查的基础上,淮南处决定将变频节能技术应用到盐水泵的节能上来。在不同的冻结制冷阶段,根据所需盐水流量的大小,通过减小电流频率来减小盐水泵的转速,从而达到所需的盐水流量的目的。根据变频技术原理计算,变频后的电流频率与原电流频率的比值等于减小后的流量与原来流量的比值(n’/n= Q’/Q),其比值的三次方乘以电机满负荷运转的额定功率即为变频后的电机实际功率(P’= P×(Q’/Q)3),即当盐水流量减小三分之一时,其电机功率减小70%,节电效果非常明显。在变频技术的成熟应用基础上,根据冻结施工实际情况,该处联合安徽理工大学成功开发出适用煤矿冻结盐水泵变频控制柜,实现了通过流量对应的压力值设定盐水系统压力,自动改变电流频率大小,从而达到了既定的盐水流量值。目前,该变频控制柜在淮南杨村矿风井冻结工程与山东新河矿新副井冻结工程进行了应用。
淮南杨村矿风井盐水泵型号为350S-75A,其额定功率为280KW。未采用变频控制前正常运转时盐水流量为850m3/h左右,盐水泵电机电流值为440A左右,电机功率为284 KW;采用变频控制后,维持盐水流量850m3/h不变,将盐水泵进出口阀门全部打开,变频器进线端电流值为234A,电机实际功率为151KW,节电46%左右。维护冻结期盐水流量为680m3/h左右,盐水泵电机电流值为175A左右,电机功率为113KW,节电达60%。
山东新河矿新副井冻结工程盐水泵型号为300S-32,其额定功率为110KW。未采用变频控制前正常运转时盐水流量为700m3/h左右,盐水泵电机电流值为196A左右,电机功率为126 KW;采用变频控制后,维持盐水流量700m3/h不变,将盐水泵进出口阀门全部打开,变频器进线端电流值为135A,电机实际功率为87KW,节电31%左右。井筒进行开挖后盐水流量减小为520 m3/h左右,通过阀门控制流量其电机电流、功率及节电比分别为155A、100KW与21%,采用变频控制并将阀门全部打开其进线端电流、电机实际功率及节电比分别为70A、45KW及64%。通过以上计算可知,利用变频控制减小流量比阀门控制减少流量节能显著得多。
另外,盐水泵采用变频器技术不仅起到了节电的作用,而且减少了泵配的磨损、降低了维护次数,从而提高了设备的使用寿命。杨村矿风井盐水泵自2013年6月使用变频器以来一直运行正常,盐水泵未出现任何故障,节约了维护和配件费用。
通过在淮南杨村矿风井冻结工程和山东新河矿新副井冻结工程中的实际应用,盐水泵采用变频技术节能效果非常显著。未来,淮南处将通过变频器在工程中实际应用积累经验,并将其功能进一步完善后在全处范围内推广使用。