城郊煤礦西風井空壓機余熱回收利用研究

楊磊

【摘要】本文闡述了城郊煤礦西風井空壓機余熱回收利用研究的意義、研究目標，分析了城郊煤礦西風井的運行現狀，并針對瓶頸問題作出具體的實施方案，提高了空壓機運行效率，延長了使用壽命。最后，本文對空壓機熱回收可操作性以及關鍵技術和創(chuàng)新點進行了深入的分析，從整體角度上對余熱回收進行分析研究，找出了最優(yōu)的利用方案，不但要確?？諌簷C余熱得以充分利用，延長空壓機的使用壽命，而且井口溫度得以大幅度的提高，真正實現綠色生產。

【關鍵詞】空壓機；余熱；回收；利用；節(jié)能

一、引言

城郊煤礦西風井，井徑5m，井深512.5m，2012年裝備了一套提升系統，用于提升井下西翼矸石；目前西風井經風量為8000m3/min，風量較大；西風井地面共安裝兩臺熱風爐，每臺熱風爐額定進風量為652m3/min，為確保井口溫度不缺低于2℃，每年冬季需開啟地面熱風爐對井筒進行供暖。而西風井地面壓風機房共安裝5臺SA350A-6K-T型螺桿式壓縮機，向西風井井下進行供風。

1.熱風爐于2008年開始投入使用，經過幾年的運轉，目前效率低下，而目前西進風量風量較大，熱風爐熱風量無法滿足現場使用要求；

2.熱風爐僅能通過熱風道向井口供暖，井口氣溫較低，冬季氣溫較低時崗位工不能正常工作；

3.每年熱風爐需燃煤500噸，成本投資較大；熱風爐運行燃燒，產生大量的CO2等廢氣對空氣造成嚴重污染；

4.空壓機運行時會產生大量的壓縮熱，壓縮熱消耗的能量占機組運行功率的85%，5臺壓縮機全部采用風冷方式進行散熱，這部分能量通過風冷方式交換到大氣當中，不能得到回收和利用，被白白地浪費掉。

二、項目意義

當前，節(jié)能減排是國家發(fā)展規(guī)化中首要考慮的重要任務，政府陸續(xù)發(fā)布了加強節(jié)能工作的決定，制定了促進節(jié)能減排的一系列政策措施，各地區(qū)、各部門相繼做出了工作部署。

節(jié)能減排是貫徹落實科學發(fā)展觀、構建社會主義和諧社會的重大舉措，節(jié)能減排是建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇，節(jié)能減排對于調整經濟結構、轉變增長方式、提高人民生活質量具有極其重要而深遠的意義。

與此同時，各項節(jié)能的新技術、新成果被不斷的展現在大眾面前，如何選擇一個適應企業(yè)發(fā)展的節(jié)能新技術是作為企業(yè)管理者應當關注的重要課題。

壓縮空氣是工業(yè)領域中應用最廣泛的動力源之一。由于其具有安全、無公害、調節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點，使其在現代工業(yè)領域中應用越來越廣泛。在不斷提高系統效率的同時，研究發(fā)現空壓機運行時會產生大量的壓縮熱，壓縮熱消耗的能量占機組運行功率的85%，通常這部分能量通過機組的風冷或水冷系統交換到大氣當中。所以壓縮機的熱回收是持續(xù)降低空氣系統損耗，提高生產力的必要手段。

據統計，空氣系統的存在的系統浪費約15-30%。這部分損失，是否可以通過全面的系統解決方案來消除，是否能利用新的回收技術二次利用，來實現企業(yè)節(jié)能減排目標，降低企業(yè)生產成本，是擺在空壓機使用企業(yè)的一個嚴峻考驗。

如何結合現場實際，采取回收空壓機多余熱量，用于西進風井冬季井筒及井口供暖，即達到節(jié)能減排又實現氣/熱聯產的目的，對降低礦井生產成本和節(jié)能減排具有重要意義。

三、研究目標

1.本文通過分析空壓機的運行狀況，回收空壓機多余熱量，代替熱風爐向井口井筒供暖，既能夠幫助企業(yè)節(jié)約能源消耗，又能夠間接減少CO2的排放，達到節(jié)能減排，節(jié)約成本的目的。

2.空壓機作為礦井的主要設備，通過對西風井空壓機余熱回收利用裝置進行技術改造，提高余熱回收利用能力，為礦井地面壓風機預熱利用積累應用經驗。

四、空壓機運行現狀

西風井空壓機全部采用螺桿式，它的結構和工作原理決定它的絕熱效率在0.65-0.85之間，對于空氣壓縮機，供油溫度一般在50℃-60℃之間，高的排氣溫度會導致跟多的潤滑油處于氣象，增加油氣分離的難度，減低潤滑油的使用壽命，除了機械摩擦導致的熱能損失外，主要是因為壓縮氣體時熱能轉換的熱能損失，壓縮機的絕熱效率僅有65%-85%。其中的絕大部分能量通過各種形式被消耗，最終變成熱能排放到空氣中。西風井空壓機散熱溫升平均為45℃，風量為950m3/min，這部分能量被白白的浪費掉。

通過現場測量每臺壓縮機散熱溫升平均為45℃，風量為950m3/min，熱功率約240KW。按照熱損失系數為5%的情況下，開啟三臺壓縮機產生的熱量對西進風井井筒進行供暖，在大氣氣溫不低于-3℃時，能保證井口溫度不低于2℃。

五、具體實施方案

1.為充分將每臺壓縮機開啟時產生的余熱進行收集，分別在每一個壓縮機余熱出風口安裝一個百葉窗，當壓風機開啟時，同時開啟相應的百葉窗，壓風機停止時，關閉相應的的百葉窗；

2.余熱出風口采用一趟斷面為1m×1m的風筒連接，余熱通過此風筒輸送到褲襠開處，在褲襠口處安裝兩臺2×15kw軸流式通風機，余熱通過兩臺風機直接供往井口；

3.另由井口房南側也采用斷面為1m×1m風筒引入井口房內，在井口房內分別采用1000mm×500mm兩趟風筒一個水平引至井口房兩門口處；

4.在井口房南側熱風道內安裝一個風門，正常是關閉此風門，直接向井口房兩門口處供暖，當溫度較低時打開風門，直接向井筒供暖；

5.分別在每個空壓機出風口及井口安裝一個指針式壓力表，用于觀察和控制溫度；

6.為確保熱損失系數降到最小，對風筒采用30mm厚橡塑板進行保溫。

六、關鍵技術和創(chuàng)新點

1.通過對空壓機運行狀況的分析，采用余熱回收利用技術方案后，提高了空壓機運行效率，延長了使用壽命；

2.回收空壓機多余熱量，用于井口井筒供暖，代替熱風爐，不但減少溫室氣體排放，節(jié)能環(huán)保，而且為工人創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境；

3.通過在壓風機回收利用裝置及風筒上增加兩臺通風機，不但提高了風速，而且提高了余熱回收利用的效率，使空壓機余熱得到充分利用。

4.降低礦井生產成本，有利于礦井可持續(xù)發(fā)展；

5.一次投資，永久受益，經濟實用，運行可靠。

七、經濟效益

空氣壓縮機是廣泛應用于生產領域的通用機械，但輸入的電能中約85%的能量轉變?yōu)閴嚎s熱，并被各種冷卻器及排風扇帶走并排放到環(huán)境中。根據相應類型壓縮機的結構和原理適當地進行改造，將其熱量回收，結合工廠實際情況將這些熱源進行利用，那么就可以變廢為寶，將原本排入環(huán)境的熱量收集利用，減少用于其他用途加熱的燃料消耗量。

以平均軸功率160kW的壓縮機為例，可以在一天內將近50t水提高40℃，如果工廠可以充分利用這些熱量，將大大減少燃油或天然氣的消耗量，同時減少了CO2向大氣的排放。

160kW壓縮機每年的節(jié)能效果如下：

回收熱能：>30×108kJ

折合節(jié)約燃油：70t

折合節(jié)約天然氣：80，250Nm3

節(jié)約燃煤：144t

節(jié)約標準煤：104t

八、結語

通過對空壓機余熱的理論分析、現場測試等手段，實現從整體角度上對余熱回收進行分析研究，找出最優(yōu)的利用方案，不但要確?？諌簷C余熱得以充分利用，延長空壓機的使用壽命，而且井口溫度得以大幅度的提高，真正實現綠色生產。