空氣壓縮機(jī)余熱再利用的研究與應(yīng)用

包喆　尹貽輝　肖偉杰

摘 要：空氣壓縮機(jī)，簡稱空壓機(jī)，在礦山應(yīng)用較為廣泛，主要用于井下采礦作業(yè)使用。在空壓機(jī)運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的余熱散失浪費(fèi)的情況。本文作者結(jié)合國內(nèi)某大型地下金礦生產(chǎn)實際情況，提出一種余熱回收利用方案，將回收的空壓機(jī)余熱用于加熱下井礦工洗浴用水。通過該技術(shù)方案的實施，以及改造前后的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較，該方案不僅改善空壓機(jī)運(yùn)行狀況，降低空壓機(jī)運(yùn)行溫度，并且合理利用余熱，節(jié)約能源。

關(guān)鍵詞：空氣壓縮機(jī)；余熱再利用；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.187

0 前言

空氣壓縮機(jī)，簡稱空壓機(jī)，是把大氣壓力的空氣壓縮為較高壓力的空氣，在礦山應(yīng)用較為廣泛，主要用于井下采礦作業(yè)供風(fēng)使用?？諌簷C(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，又將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣壓能。

空壓機(jī)在工作過程中將常壓空氣進(jìn)行高壓壓縮，在此過程中將有大量的熱量散發(fā)，此熱量主要來源于空氣壓縮做功發(fā)熱以及螺桿在缸內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生的熱量。據(jù)有關(guān)能源單位統(tǒng)計，空壓機(jī)真正用于壓縮空氣的電能只占總耗電量的20%左右，其余80%都轉(zhuǎn)換為以上熱量隨機(jī)體、風(fēng)扇散發(fā)到周圍空氣中。如果可以將這部分損失的熱量通過技術(shù)手段結(jié)合企業(yè)實際情況加以利用，這便可以變廢為寶，達(dá)到節(jié)能減排要求。

1 研究背景

三山島金礦是山東黃金集團(tuán)旗下主要黃金礦山之一，是中國100家最大有色金屬礦采選業(yè)企業(yè)之一，也是目前全國機(jī)械化程度最高的地下開采黃金礦山。礦山下設(shè)西山、新立、曹家埠三個礦區(qū)，目前生產(chǎn)能力13000噸/日。

該礦新立礦區(qū)新職工浴室2014年投運(yùn)，新建職工浴室為一座五層建筑，可同時容納200人洗浴。為了避免使用火力加熱，節(jié)能降耗，減少有害氣體排放，原浴室取消鍋爐燃煤加熱，采用120KW電加熱器供熱方式。然而電加熱方式運(yùn)行成本較大，加熱速度較慢，不能滿足浴室用水。

2 改造方案

本文作者通過研究、論證，決定對該礦在用的一臺350KW英格索蘭螺桿式空壓機(jī)進(jìn)行改造，通過將余熱加以回收來為新立職工浴室提供生活熱水。

（1）技術(shù)人員首先進(jìn)行空壓機(jī)余熱回收分析計算。根據(jù)理論分析，空壓機(jī)在工作狀態(tài)下自身消耗熱能主要有一下幾個方面：空壓機(jī)馬達(dá)消耗的熱量約占總熱量的9%，空壓機(jī)機(jī)殼散熱2%左右，在壓縮空氣過程中消耗熱量5%，空氣冷卻器損失的熱量占12%，因此，在空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下?lián)p失熱能約28%，可回收余熱72%左右。單臺350KW空壓機(jī)熱能回收（不計負(fù)載率）

Q= CmΔT=350KW*72%*860Kcal/1000Kcal/55℃

=3.9T/H

其中：860Kcal為空壓機(jī)每KW輸入功率回收的理論值，55攝氏度表示從將水從5℃加熱至60℃的溫升，在夏季溫升更小，理論回收的熱能將大于3.9。

以我礦新立礦區(qū)浴室預(yù)計儲水箱20T計算，根據(jù)每臺空壓機(jī)余熱回收效益3.9T/H，將儲水箱內(nèi)水加熱至60°約需要5小時，估計每人洗浴用熱水50L計算，20T=20000L，一箱水可滿足400人洗浴，因此每天加熱5小時可滿足用水需求。

（2）具體實施方案。根據(jù)以上分析計算，我們選用國產(chǎn)英格索蘭專用熱能轉(zhuǎn)換裝置，通過對空壓機(jī)進(jìn)行改造，使空壓機(jī)油余熱通過熱能轉(zhuǎn)換器將冷水加熱至設(shè)定溫度，通過管道接入浴室。

為了提供足量的熱水，我們在空壓機(jī)房外新增設(shè)兩個儲水箱，一個用來循環(huán)冷熱水，一個用來儲存熱水。在水箱中安裝水位感應(yīng)器及電磁閥，當(dāng)水位低于設(shè)定值時，電磁閥開啟進(jìn)行補(bǔ)水加熱；當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定高水位時停止換熱。循環(huán)水箱的水通過水泵輸送到熱能轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行加熱，加熱后在送回循環(huán)水箱，如此不斷往復(fù)循環(huán)。當(dāng)循環(huán)水箱內(nèi)水溫達(dá)到設(shè)定值時，熱水輸送泵開啟，將循環(huán)水箱內(nèi)的熱水輸送到保溫水箱中存放保溫。保溫水箱通過管路與浴室熱水管路連接。施工示意圖如圖1所示。

3 效果及效益分析

利用空壓機(jī)余熱回收作為熱源與燃煤鍋爐或電加熱方式相比，節(jié)約能源，減少有害氣體排放，沒有污染，一旦設(shè)備安裝投入使用，只要空壓機(jī)運(yùn)行便可提供充足的熱水使用。

另外，通過回收空壓機(jī)浪費(fèi)的熱量，可以使設(shè)備本體溫度得到有效降低，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，實現(xiàn)設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。螺桿式空壓機(jī)的產(chǎn)氣量會隨著機(jī)組運(yùn)行溫度的升高而降低，余熱回收裝置足可以使空壓機(jī)溫度降8-12℃，效率提高10%，為此它的經(jīng)濟(jì)效益就更為顯著了。

經(jīng)濟(jì)效益分析：

本成果安裝成本：新建兩個20T水箱，費(fèi)用約20萬；空壓機(jī)余熱回收裝置投資18萬元，安裝輸送管路投資約8萬元，該成果總投資46萬元左右。

該礦區(qū)浴室供水原加熱裝置不計投入成本

運(yùn)行成本費(fèi)用=加熱器功率*每天使用時間*365天*當(dāng)?shù)仄骄妰r

=120KW*15H*365*0.8元/KW.H

=52.56萬元

按照投入產(chǎn)出計算，該成果不到一年時間便可收回成本。投用后每年可節(jié)約電費(fèi)50余萬元。

4 結(jié)論

本改造項目專業(yè)系統(tǒng)回收我礦空壓機(jī)熱能，產(chǎn)生巨大的能源節(jié)約效益，降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)效益，是一項值得廣泛應(yīng)用的技術(shù)改造。同時，該項目的應(yīng)用不僅為礦山提供了一種可行成熟的方案，也為空壓機(jī)余熱利用在其他行業(yè)的節(jié)能改造提供了可以借鑒的途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]岑曦.空氣壓縮機(jī)熱能回收系統(tǒng)的開發(fā)[D].上海：上海交通大學(xué)，2010.

[2]煤礦空壓機(jī)余熱利用節(jié)能技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].科技視界，013（01）.