北極星環保網訊:我國煤層氣（煤礦瓦斯）產業發展可謂一波三折，發展速度較為緩慢。由於瓦斯抽採難度大、濃度低，產業長期難破成本偏高、利用率低的困局。其中，成本偏高的原因之一，是由於井下瓦斯抽採系統運行效率低、能耗高。
有數據顯示，我國年產500萬噸以上的部分高瓦斯礦井的瓦斯抽採系統，僅年耗電量就高達數千萬甚至上億元。難題如何破解？
5年前，中國礦業大學周福寶教授團隊開始著手解決該問題。該團隊經過深入研究與分析，得出結論——主要問題出在瓦斯抽採系統的動力源上，瓦斯抽採水環真空泵安全性好，但運行效率僅為15-40%，且能耗很大。經過科技攻關，該團隊自主研發了礦用水環真空泵綠色高效抽採新技術，並在山西潞安集團餘吾煤業有限公司成功應用。
「可以做到抽採瓦斯和節能減排兩不誤，特別是在節水方面，很好地解決了耗水多又必須進行瓦斯抽採保障安全的矛盾，節水同時又提高運行效率。可以說，這個創新性的成果為瓦斯安全抽採及利用提供了堅實的技術支撐，不僅具有極大的經濟效益，還對我國節電、節水具有重要意義。」在11月3日召開的「礦用水環真空泵綠色高效抽採技術」現場諮詢交流會上，中國工程院院士、安徽理工大學校長袁亮認為，該技術處於行業內領先水平，應用前景廣闊。
節能效率提高到22%
加強煤礦瓦斯抽採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」要求倒逼煤炭企業落實瓦斯抽採措施。記者了解到，作為瓦斯抽採系統的動力源，水環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，因此被廣泛應用於煤礦瓦斯抽採。
但為何之前用的瓦斯抽採泵會造成抽採系統運行效率低、能耗高？「水環真空泵本來就是高耗低效的機械產品，瓦斯抽採條件複雜、多變且不可控更是給節能『拉了後腿』。」與會專家告訴記者，很多煤礦的泵站耗電費用佔到了總耗電量的1/4，這與我國目前能源緊張的現狀以及節能減排要求極不適應。
「水環真空泵最早是從德國西門子技術引進國內的，經過一百餘年的發展已成為一款成熟的產品，但水環真空泵的高耗低效是亟需解決的世界性難題。為此，我們首創了基於提效劑的礦用水環真空泵綠色高效抽採技術。一方面，發明了高分子提效劑，大幅降低瓦斯抽採泵的運行功耗；另一方面，開發了地面與井下兩種抽採模式，突破了水環真空泵高耗能、高耗水的技術瓶頸。該技術已在歐洲、美國等地區申請了國際PCT專利，並已獲得國內授權發明專利。」周福寶對記者表示，相關部門對已運行裝備出具的檢測結果報告顯示，該技術節能率達到22%。
技術負責人、中國礦業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真空泵性能測試平臺，可實現瓦斯抽採系統不同運行工況下的動態、精確模擬及實時監測。根據該平臺的測試結果，水環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，節能率為23.5%。
著名瓦斯防治專家、中國礦業大學教授俞啟香在接受記者採訪時指出：「他們另闢蹊徑，在水中加入安全環保的物質，大大減少了阻力從而降低運行功率，又做了技術創新，將原來的系統改為閉路循環系統，節能率大幅提高。工作做得很細很紮實，可以說，困擾行業已久的瓦斯抽採高耗能問題獲得了突破。」
節電節水效果顯著
據悉，餘吾煤礦為高瓦斯礦井，同時運行大型水環真空泵20餘臺，僅泵站年耗電量就在7000萬度以上，亟需開展節能技術改造。
張一帆告訴記者，在餘吾煤礦搭建的特大型水環真空泵節能實驗系統，包括功率為800千瓦的大型水環真空泵、換熱設備、氣液分離器、進氣管路、數據監控及處理系統。
「在地面和井下運行十個月，節能效果非常穩定、明顯。」餘吾煤礦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，建成了我國首座基於高分子提效劑的全封閉式水環真空泵綠色高效抽採系統，並通過採集提效劑進出口溫度、換熱器壓差等參數，實現了智能調控水環真空泵補排液，保證監測系統穩定運行。應用新技術後，水環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。目前每天可節約3434度電，單臺泵年節電量為125.3萬度，節電率為23.4%；每天耗水量由之前的15噸降至5噸，節水率為66.7%。由此推算，經改造後的南風井地面瓦斯抽採泵站每年的節能效益可達250.6萬元。
在餘吾煤礦井下南翼移動瓦斯泵站，改裝兩臺額定功率為250千瓦的瓦斯抽採泵後，運行電流顯著降低，平均節能效果在20%以上，該泵站年節電量可達148.2萬度，每年可節約77萬元。
僅需對原有設備進行改裝
「地面瓦斯抽採泵站型號大、耗水量大，並且基礎建設很複雜，比如有高位水池、低位水池、循環水管路等，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改進為全封閉機組式循環即可；井下移動瓦斯抽採泵站一般型號小、耗水量大、基礎設施簡單，可採用自主研製的氣動攪拌溶解裝置，對固態提效劑進行充分溶解以作為工作介質循環運行。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。
除了節能效果顯著，該技術還可提高瓦斯抽採量。南風井測得的數據顯示，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採泵年耗電量約4億千瓦以上。王志堅指出：「若對所有礦井進行整體節能改造，每年節電量將超過8000萬度。」
「我國近半數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，節水、節電效果將很可觀。希望該項先進技術可儘快推向全國，也建議國家和地方政府加大政策支持力度。」袁亮說。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，節能經濟效益很是可觀；同時，也可以促進我國水環真空泵產業升級換代，提升煤礦生產安全水平，社會效益也十分顯著；此外，還可推廣應用於我國化工、電廠等使用水環真空泵的行業領域。
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