Підвищення енергоефективності роботи головного водовідливу вугільної шахти в режимі споживача-регулятора

Abstract

У дисертаційній роботі вирішено важливу наукову задачу, яка полягає у комплексній оцінці впливу технічних і технологічних параметрів стану, що змінюються, і режимів роботи головної водовідливної установки на енергоефективність її функціонування в режимі споживача-регулятора, що зумовило необхідність моделювання можливих режимів роботи насосів водовідливу. Розроблено спосіб визначення об’єму водозбірника, який враховує кількість і неоднаковість місткостей його гілок та повністю виключає роботу насосів у періоди максимальних навантажень в енергосистемі. Запропоновано імітаційну модель режимів роботи головної водовідливної установки шахти, яка дозволяє формувати множину варіантів її функціонування і вибирати найефективніший для будь-яких технологічних параметрів, включаючи погіршення технічного стану основного устаткування водовідливу. Встановлено функціональні залежності впливу ступеня погіршення технічного стану трубопровідної мережі та насосних агрегатів на питому витрату електроенергії, що дозволяє здійснювати моніторинг технічного стану устаткування за відповідними змінами питомих витрат. Доведено економічну доцільність ефективного регулювання режимів електроспоживання головного водовідливу (у тому числі при використанні резервного трубопроводу) в частині зниження оплати за спожиту насосами електроенергію до 30 %.

В диссертационной работе решена важная научная задача, которая заключается в комплексной оценке влияния изменяющихся технических и технологических параметров состояния и режимов работы главной водоотливной установки на энергоэффективность ее функционирования в режиме потребителя-регулятора, что обусловило необходимость разработки имитационной модели для реализации алгоритма моделирования возможных режимов работы насосов водоотлива и выбора варианта соответствующего критерию минимального удельного расхода электроэнергии на откачку воды. Установлено, что существующий объем водосборников ГВУ большинства шахт Западного Донбасса не соответствует требованиям действующих нормативных документов в части возможности эффективного регулирования режимов электропотребления и, соответственно, не позволяет в полной мере использовать шахтный водоотлив в режиме П-Р. Доказано, что неравность объемов ветвей большинства существующих водосборников угольных шахт является причиной либо невозможности использования водоотлива в режиме П-Р, либо избыточного регулировочного объема, а соответственно – излишнего объема подземных горно-строительных работ на сооружение водосборника. Сооружение равных по вместимости ветвей водосборника и увеличение их количества позволит снизить необходимый для эффективного РРЭ объем водосборника до 15 %. Разработан способ определения объема водосборника ГВУ угольных шахт, который учитывает неравность объемов его ветвей и позволяет повысить эффективность работы водоотлива в режиме П-Р с помощью полного исключения работы насосов в часы максимума нагрузки в энергосистеме на протяжении всего года независимо от режима чистки ветвей водосборника. Обосновано, что энергоэффективность функционирования ГВУ зависит от множества условий и состояний системы водоотлива и может быть представлена в виде функционала, зависящего от нескольких функций. Разработанный алгоритм моделирования режимов работы ГВУ позволяет из множества сформированных режимов ее функционирования для любых технологических характеристик устройства водоотлива, технических параметров насосов и трубопроводной сети выбрать энергоэффективный режим функционирования. Предложена имитационная модель определения режима работы насосов ГВУ с учетом их рабочих параметров, которая позволяет моделировать все возможные варианты функционирования водоотливной установки для заданных условий, а также выбирать из них варианты с цикличным режимом работы насосов водоотлива и минимальным удельным расходом электроэнергии при минимизации оплаты за ее потребление. Получены функциональные зависимости влияния степени ухудшения технического состояния трубопроводной сети и насосных агрегатов на удельный расход электроэнергии, которые позволяют прогнозировать изменения их технического состояния при соответствующем изменении удельного расхода, мониторинг которого позволит своевременно определять причины такого изменения. Обоснована экономическая целесообразность эффективного регулирования режимов электропотребления главного водоотлива (в том числе при использовании резервного трубопровода) в части снижения оплаты за потребляемую насосами электроэнергию до 30 %.

The dissertation is devoted to the research of the major scientific challenge to establishing patterns of the complex influence of variable technical and technological state parameters and operating modes of main dewatering plant on its functioning energy efficiency at controllable load mode. That stipulated for the modeling necessity of pumps possible operating modes. The determination method of lodgement volume is developed. The method takes into account quantity and capacity inequality of its branches and fully eliminates the pumps functioning in periods of maximal loading in power grid. The simulation model of operating modes of mine main dewatering plant is offered. The model allows to form a quantity of its functioning variants and to choose most effective one for any technological parameters, including the technical condition worsening of pumping basic equipment. The functional dependences of degree worsening influence of technical condition of piping system and pumping unit on specific energy consumption are determined. That allows to realize the monitoring of equipment technical condition by the corresponding changes of specific charges. The economic feasibility of the effective regulation of electro-consumption modes of main pumping is established (including of reserve pipeline use) in context of payment decrease for used by pumps electric power on value about 30 %.