空壓機余熱利用技術在龐龐塔礦的應用

閆利拉

（霍州煤電集團 龐龐塔煤礦，山西 呂梁033200）

空壓機是煤礦重要的動力源，主要為礦井風動機械設備提供安全可靠動力，同時還是礦井壓風自救系統(tǒng)的空氣源和防滅火系統(tǒng)的氣體源，由于空壓機是高功率大型連續(xù)運行設備，故也是煤礦的高耗能設備，有資料表明，空壓機耗能約占煤礦企業(yè)電力消耗的15%～35%〔1〕?？諌簷C通過空氣壓縮獲取動力能，在這個過程中約有80%的電能直接轉換為熱能，只有20%的電能最終可轉換為空氣能。在煤礦企業(yè)中，空壓機運行產生的熱能利用率極低，往往被當做廢熱直接排放?？諌簷C余熱的浪費一方面造成能源的浪費，同時對于空壓機使用性能和使用壽命也極為不利，另外也容易造成礦區(qū)環(huán)境污染。本著節(jié)能降耗的目的，部分煤礦企業(yè)已經著手對空壓機余熱進行利用，空壓機余熱回收利用可大幅度降低空壓機余熱排放量，也節(jié)省了大量的燃料煤。山西龐龐塔煤礦針對空壓機余熱浪費現(xiàn)狀，通過技術改造實現(xiàn)了空壓機余熱利用，將余熱用于加熱礦區(qū)生活用水和冬季采暖，這不但滿足了礦區(qū)洗浴、供熱需求，同時也提升了礦井的環(huán)保形象，對于提高礦井效益也有著一定的推動作用，對于應對當前煤炭疲軟形勢也有著重要意義。

1 空壓機余熱利用的意義

在空壓機運行過程中，空氣由過濾器去除雜質后由進氣控制閥進入空壓機主機內，在空氣受到壓縮的同時，空氣與冷卻潤滑油體進行混溶，混溶體從空壓機壓縮腔內進入油氣分離器得到具有高溫和高壓特性的油體和空氣。本著保護空壓機的目的，高溫、高壓的油體和空氣分別進入配備的冷卻系統(tǒng)中，冷卻后的潤滑油可循環(huán)使用，空氣被輸送到指定場所。在空壓機運行過程中，經冷卻系統(tǒng)帶走的熱量約占空壓機運行所需電耗的80%左右，這部分熱量溫度約在85℃～100℃，直接被當做廢熱排放到空氣中。這部分余熱的損失不僅是一種能源形式的浪費，也會一定程度的污染周圍環(huán)境，對于提高礦井綜合效益也極為不利。自2012年以來，國內80%的煤炭企業(yè)處于虧損狀態(tài)，在此形勢下，空壓機余熱直接排放更是與礦井“節(jié)能降耗”、“保生存、促發(fā)展”的礦井發(fā)展理念背道而馳，故加強空壓機余熱利用是應對當前煤礦困境的有效途徑。資料顯示，國內部分礦井，如梨園礦、夏店礦、城郊礦、正明礦、平煤股份八礦、四侯煤業(yè)等單位對空壓機余熱進行了較好的利用，這些礦井利用空壓機余熱進行供暖和職工洗浴用水加熱，節(jié)省了大量的燃料煤，對于提高礦井效益具有重要的意義〔2－6〕。

2 空壓機余熱利用實踐

2.1 空壓機運行現(xiàn)狀

礦井壓風機房位于工業(yè)廣場西南部，共安裝3臺BST－330SAL型螺桿空壓機，空壓機裝機功率為250kW，額定電壓為380V，額定流量和額定壓力分別為31.5m3／min和0.8MPa，空壓機主要用于井下風動設備的動力源和壓風自救的空氣源，同時還肩負部分地面用風，根據礦井需要至少保證一臺壓風機保持全時段運行?？諌簷C運行實踐表明，其運行過程中油、氣溫度可高達85℃～95℃，為了滿足空壓機運行溫度需求，將油、氣分別通過各自冷卻系統(tǒng)降溫后將余熱直接排放到壓風機房周圍空氣中?？諌簷C余熱的直接排放造成空壓機溫度不斷升高，致使壓風機房工作人員不斷循環(huán)使用3臺空壓機以保證空壓機安全可靠運行，另外，空壓機余熱的直接排放還會造成周圍環(huán)境破壞，致使周圍空氣質量不佳。該礦地處山西北部，每年10月至次年4月處于供暖期，每年需要大量的原煤進行熱能供應；同時，礦井職工洗浴和部分生活熱水也需要燃煤提供。這些原煤的燃燒不僅增加了礦井經營成本，同時還會產生大量的CO2、SO2等有害氣體，對環(huán)境污染和溫室效應有一定的推助作用。而空壓機產生的余熱直接排放到壓風機房周圍空氣中，不僅造成了能源浪費，對于空壓機運行穩(wěn)定性和可靠性也極為不利。因此，若能夠對空壓機余熱進行利用，不僅可節(jié)省大量的燃煤，滿足礦井職工洗浴和部分生活熱水，還能提高空壓機的穩(wěn)定性，對于實現(xiàn)礦井節(jié)能減排、提高經濟效益和創(chuàng)建綠色礦區(qū)具有積極的意義。

2.2 空壓機余熱利用方案

鑒于空壓機余熱不加控制排放造成的資源浪費和環(huán)境破壞，同時本著提高礦井綜合效益的目的，決定對空壓機工作流程進行改造來實現(xiàn)空壓機余熱的有效回收和利用。從原理上分析，空壓機余熱回收利用是指通過設備和工藝的改變實現(xiàn)高溫高壓油、氣與水進行熱交換，通過熱交換實現(xiàn)廢熱的收集和利用。根據礦井運行現(xiàn)狀，決定對其中2臺空壓機進行余熱回收利用試驗，余熱回收利用系統(tǒng)見圖1。由圖1可以看出，該空壓機余熱回收利用系統(tǒng)主要包含空壓機、熱交換器、水泵控制器、水箱、液位控制器等，系統(tǒng)工作原理為：空壓機在運行過程中產生的高溫油經熱交換器后進入冷卻水中進行冷卻，冷卻后的油體可返回到空壓機油路系統(tǒng)進行循環(huán)利用，冷卻水經熱交換后水溫升高后進入保溫水箱，水箱液位由液位控制器進行監(jiān)控，當水位低于設定標準時電磁球閥自動開啟進行水箱補水，當水位達到設定標準時電磁球閥自動關閉停止補水，保溫水箱具有隔熱功能，通過管路和截止閥供給職工澡堂或者其他生活用水點。

圖1 空壓機余熱回收利用系統(tǒng)示意

該空壓機余熱回收系統(tǒng)主要優(yōu)點有：通過液位控制器、流量控制器、溫度感應器等裝置可實現(xiàn)水箱水溫和水位等參數(shù)的實時監(jiān)測，通過控制器可實現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)故障的診斷和處理，這些信息可通過液晶顯示屏直觀顯示，這樣提高了余熱回收系統(tǒng)的可靠性；該空壓機余熱回收利用系統(tǒng)中只需要一次性投入熱交換器、水箱等相關設備，不消耗其它能源即可實現(xiàn)空壓機的余熱回收利用；通過空壓機余熱的回收利用可有效降低空壓機環(huán)境溫度，避免空壓機長時間高溫運行，可減少空壓機輪換使用頻率，降低了空壓機零部件的老化速度和更換頻率，有助于提高空壓機使用性能和使用壽命；空壓機余熱回收利用系統(tǒng)運行后，空壓機原控制和操作方式不變，不影響空壓機運行效果，即使停用余熱回收利用系統(tǒng)后也可保障空壓機原冷卻系統(tǒng)正常工作。

2.3 空壓機余熱回收利用效果分析

由于該礦井應用2臺空壓機進行余熱回收利用，空壓機每日全負荷運行，有效加載時間為95%，根據空壓機日常運行情況可知，空壓機負荷率約為65%，約有80%的電能轉化為熱能，其中約有90%的余熱可通過空壓機余熱回收利用系統(tǒng)進行回收和利用，這樣每日可通過空壓機余熱回收利用系統(tǒng)得到熱能Q＝250×2×95%×65%×80%×90%×860×24＝4588272kcal。礦井澡堂進口水溫約為10℃，冬季洗澡水溫約為60℃，夏季洗澡水溫約為40℃，由此可知冬季可加熱水量 L1＝Q／（60－10）＝4588272÷50≈91765kg，夏季可加熱水量L2＝ Q／（40－10）＝4588272÷30＝152942kg。該礦井日均進入澡堂洗澡職工人數(shù)約為520人，洗澡用水為70L／人，日均用水量為520×70L＝36400L＝36400kg，由此可知通過余熱回收系統(tǒng)可完全滿足冬夏兩季職工洗澡用水需求。礦井冬季采暖負荷為65W／m2，在滿足職工洗澡用水的基礎上，冬季每小時可提供采暖熱量Q2＝（91765－36400）×50÷24÷860＝134kWh，冬季可提供采暖面積S＝Q2／C＝134×103÷65＝2062m2。綜上可知，利用空壓機余熱回收利用技術可以滿足職工洗澡用水和礦區(qū)冬季局部區(qū)域采暖需求，對于提高資源利用率，降低環(huán)境污染具有較好的現(xiàn)實意義。

3 結語

空壓機作為煤礦重要的動力源，因其廢熱無節(jié)制排放導致周邊空氣和環(huán)境遭受污染，也造成了一定程度的能源浪費。利用空壓機余熱回收利用技術可實現(xiàn)這部分熱能的有效回收利用，通過該系統(tǒng)的實施可將回收的余熱對職工洗澡用水和采暖進行供熱等，對提高礦區(qū)環(huán)境和空氣質量具有重要的意義。同時，余熱的有效回收也一定程度的解決了空壓機長期高溫運行問題，提高了空壓機運行性能和使用壽命?？諌簷C余熱回收利用系統(tǒng)的實施真正實現(xiàn)了礦井“節(jié)能降耗”理念，實現(xiàn)了“人－機－環(huán)”的和諧統(tǒng)一，符合國家提倡的環(huán)保理念，可有效降低礦井生產成本，能一定程度的應對當前煤炭疲軟形勢。故空壓機余熱回收利用系統(tǒng)在煤礦具有較好的推廣應用價值。

〔1〕吳啟芳.螺桿式空壓機余熱回收在煤礦的應用〔J〕.能源與環(huán)境，2013，（3）：58－59.

〔2〕蔡秀凡，李洪彪.空壓機余熱回收技術在梨園礦的應用〔J〕.江西煤炭科技，2014，（3）：78－79.

〔3〕楊 磊.城郊煤礦西風井空壓機余熱回收利用研究〔J〕.電子世界，2007，（4）：349.

〔4〕劉德海.空壓機余熱回收系統(tǒng)在車集煤礦的應用〔J〕.河南科技，2014，（13）：126－127.

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〔5〕張紅基，張 暉.空壓機余熱回收利用技術在正明煤業(yè)的應用〔J〕.技術與市場，2014，21（3）：53－54.