古漢山礦礦井空壓機(jī)余熱利用技術(shù)研究與應(yīng)用

胡廣林 寧雪艷 路安林

古漢山礦礦井空壓機(jī)余熱利用技術(shù)研究與應(yīng)用

胡廣林1寧雪艷1路安林2

（1.河南焦煤能源有限公司古漢山礦，河南 焦作 454150；2.河南省煤炭科學(xué)研究院有限公司，河南 焦作 454150）

本文以焦煤公司古漢山煤礦為工程背景，采用理論分析、對(duì)比計(jì)算的研究方法，分別從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面，分析古漢山礦空壓機(jī)余熱利用的可行性。通過(guò)應(yīng)用效果分析得出：空壓機(jī)余熱利用系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大，相比燃?xì)忮仩t系統(tǒng)每年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用752.73萬(wàn)元，且環(huán)?？尚?，具有良好的推廣價(jià)值。

空壓機(jī)；余熱資源利用；應(yīng)用研究

1 工程背景

焦煤公司古漢山煤礦位于修武縣五里源鄉(xiāng)，生產(chǎn)能力140萬(wàn)t/a，安裝了1臺(tái)6t/h燃?xì)忮仩t。燃?xì)忮仩t運(yùn)行成本（燃?xì)赓M(fèi)和電費(fèi)）較高，與當(dāng)前煤炭企業(yè)緊張的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)不相符。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，古漢山礦空壓機(jī)數(shù)量較多，現(xiàn)有4臺(tái)250kW空壓機(jī)，其中正常工作兩臺(tái)，另外兩臺(tái)備用。研究表明［1］：空氣壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，真正用于增加空氣勢(shì)能所消耗的電能，在總耗電量中只占很小的一部分，約15%，大約85%的電能轉(zhuǎn)化為熱量排放到空氣中大量余熱資源基本上被白白浪費(fèi)，所以考慮使用空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)將損失的熱能利用起來(lái)，達(dá)到礦井節(jié)能減排的目的。

本文在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，主要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面展開(kāi)對(duì)古漢山礦空壓機(jī)余熱回收的應(yīng)用研究，以期為古漢山礦節(jié)能減排提供科學(xué)的指導(dǎo)和依據(jù)。

2 空壓機(jī)余熱回收可行性分析

2.1 空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)工作原理

空壓機(jī)余熱回收利用技術(shù)是在不改變空壓機(jī)原有工作狀態(tài)的前提下合理利用空壓機(jī)余熱，空壓機(jī)在加載運(yùn)行過(guò)程中油溫升高，將空壓機(jī)的高溫循環(huán)油引入余熱回收裝置內(nèi)，通過(guò)余熱回收裝置充分回收空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)的高溫?zé)崃?，使高溫的循環(huán)油與常溫軟化水進(jìn)行熱交換，熱交換完的熱水繼續(xù)通過(guò)二次換熱系統(tǒng)使常溫軟化水與普通自來(lái)水再次進(jìn)行換熱，換熱后的普通自來(lái)水達(dá)到設(shè)定的溫度后進(jìn)入不銹鋼保溫水箱，用于企業(yè)生活或者洗浴用水，可完全替代現(xiàn)有鍋爐。其工作流程如圖1所示。

從圖1可知，將空壓機(jī)的高溫潤(rùn)滑油導(dǎo)入空壓機(jī)余熱回收裝置，利用余熱回收裝置進(jìn)行油水換熱，換熱后，冷水吸收熱量溫度提高，油溫得到冷卻，所以，油水換熱不但可以得到熱水，還可以降低空壓機(jī)的冷卻負(fù)擔(dān)，兼帶有節(jié)電、增加產(chǎn)氣量的效果。

圖1 空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)工作流程

保溫水箱有3層結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)良好的保溫效果，一晝夜降溫8～10℃，針對(duì)可能出現(xiàn)的長(zhǎng)時(shí)間不用水，導(dǎo)致保溫水箱內(nèi)水溫過(guò)低無(wú)法使用的情況，系統(tǒng)使用專利技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單管循環(huán)，不需要額外增加一套回水加熱系統(tǒng)，即可將保溫水箱內(nèi)溫度不夠的水再抽回循環(huán)水箱內(nèi)加熱，大幅度降低成本

2.2 空壓機(jī)余熱回收可行性分析

古漢山礦現(xiàn)有職工3 600人，其中每天淋浴人數(shù)平均為1 600人，標(biāo)準(zhǔn)為每人平均80～120L，考慮到煤礦環(huán)境的特殊性，現(xiàn)取中間值按每人100L計(jì)算，則需耗水量：

Q=1 600×100=160t

礦井現(xiàn)有4臺(tái)250kW空壓機(jī)，其中正常工作2臺(tái)，另外2臺(tái)備用，載率按照100%計(jì)算，空壓機(jī)有80%的熱量可以全部回收，從自熱工手冊(cè)中查得，每1kW·h電量產(chǎn)生的熱量為860kCal，得出：

每天回收的熱量：（按每天空壓機(jī)運(yùn)行24h計(jì)算）

2×250kW×80%×24h×860kCal/kW·h=825.6萬(wàn)kW·h

1t水上升1℃需1000kCal熱量，全年進(jìn)水溫度平均按10℃計(jì)算，加熱至45℃，每天可加熱45℃熱水量為：

825.6 萬(wàn)kCal/h÷1 000kCal/（℃·t）÷（45-10）℃=235t

空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)每天回收熱量可加熱45℃熱水235t（＞160t）。

因此，每天兩臺(tái)空壓機(jī)的余熱資源利用可滿足礦井1600人的淋浴需求，技術(shù)可行。

3 空壓機(jī)余熱回收應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)

3.1 項(xiàng)目應(yīng)用

根據(jù)以上對(duì)空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)的分析以及對(duì)古漢山礦空壓機(jī)余熱回收項(xiàng)目的可行性分析，確定對(duì)古漢山礦應(yīng)用空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)代替燃煤鍋爐供熱。

3.1.1 項(xiàng)目所需設(shè)備配置?？諝鈮嚎s機(jī)余熱回收利用系統(tǒng)，包括空氣壓縮機(jī)余熱回收裝置、二次換熱板換、水處理系統(tǒng)、自動(dòng)化集控系統(tǒng)、循環(huán)水箱、循環(huán)水泵、閥門等，詳見(jiàn)表1。

3.1.2 項(xiàng)目實(shí)施方案。①控制空壓機(jī)油溫在65～90℃運(yùn)行，通過(guò)控制油的流量分配，使空壓機(jī)的油進(jìn)入熱水器設(shè)備后，根據(jù)實(shí)際的油溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，油溫正常時(shí)，油路不經(jīng)過(guò)散熱系統(tǒng)，如果油溫偏高，自動(dòng)進(jìn)入原有散熱系統(tǒng)，進(jìn)行降溫，達(dá)到溫控目的。②有效地進(jìn)行水溫控制，采用進(jìn)口的水溫控制設(shè)備，控制5～20℃冷水進(jìn)入，循環(huán)一次可出45～65℃熱水，水溫可設(shè)定，水溫恒定誤差上下幅動(dòng)1℃，控制水溫在40～60℃運(yùn)行。③空壓機(jī)同空壓機(jī)余熱轉(zhuǎn)換裝置聯(lián)運(yùn)控制，空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)余熱轉(zhuǎn)換裝置自動(dòng)運(yùn)行，空壓機(jī)停止時(shí)自動(dòng)關(guān)閉余熱轉(zhuǎn)換裝置，這樣空壓機(jī)不運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生熱水，冷水也不會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)，避免出現(xiàn)儲(chǔ)水箱進(jìn)入冷水，使水溫降低。④控制系統(tǒng)通過(guò)水箱水位控制，使補(bǔ)水和循環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)切換，水箱水位降低到設(shè)定位置后，自動(dòng)補(bǔ)水，水位到設(shè)定位置后，自動(dòng)停；箱水位降低到設(shè)定位置后，自動(dòng)補(bǔ)水，水位到設(shè)定位置后，自動(dòng)停止補(bǔ)水，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入循環(huán)。

3.2 項(xiàng)目運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)

3.2.1 空壓機(jī)余熱回收年運(yùn)行費(fèi)用分析?？諌簷C(jī)余熱回收項(xiàng)目運(yùn)行費(fèi)用主要包括：設(shè)備運(yùn)行電費(fèi)、設(shè)備維護(hù)維修費(fèi)用、管理人員工資。

①設(shè)備年運(yùn)行電費(fèi)。年運(yùn)行電費(fèi)＝設(shè)備功率×天數(shù)×每天時(shí)數(shù)×負(fù)荷百分?jǐn)?shù)×單位電價(jià)。

年運(yùn)行電費(fèi)＝

35.84 kW×330d×15h×100%×0.41元/kW·h=7.27萬(wàn)元

②設(shè)備年維護(hù)維修費(fèi)用。此項(xiàng)費(fèi)用每年按照3萬(wàn)元的暫列金額。

③管理人員工資。根據(jù)礦井三八制工作制度，每班配置一人管理，人均月工資按照3 500元，則年管理人員工資為：3人×3 500元×12月=12.6萬(wàn)元。

綜上，空壓機(jī)余熱回收滿足洗浴全年共計(jì)費(fèi)用22.87萬(wàn)元。

3.2.2 燃?xì)忮仩t年運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比分析。根據(jù)礦井燃?xì)忮仩t運(yùn)行情況，年運(yùn)行費(fèi)用主要包括燃?xì)赓M(fèi)、系統(tǒng)電費(fèi)、人工費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)等，計(jì)算如下：

①燃?xì)馊剂腺M(fèi)用計(jì)算。1t/h燃?xì)忮仩t小時(shí)耗氣量計(jì)算：

Q=W×3 600/K/η=0.7×3 600/33.5/0.85=88.5Nm3/h

式中：Q為噸鍋爐小時(shí)耗氣量；W為1t/h鍋爐功率，0.7MW；K為1標(biāo)方燃?xì)獍l(fā)熱量33.5MJ/Nm3；η為燃?xì)忮仩t效率，按照上限取0.85。

綜上分析：一般1t/h燃?xì)忮仩t耗氣量均超過(guò)88.5m3/h，本文取90m3/h。

10t燃?xì)忮仩t洗浴年耗氣量費(fèi)用計(jì)算：

洗浴系統(tǒng)年耗氣量＝鍋爐容量×年運(yùn)行時(shí)數(shù)×負(fù)荷系數(shù)×單位鍋爐耗氣量＝6t/h×330d×15h×90Nm3/h=267.3萬(wàn)Nm3

洗浴系統(tǒng)年耗氣費(fèi)用=267.3萬(wàn)Nm3×2.76元/Nm3=737.7萬(wàn)元

表1 空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)所需設(shè)備配置表

②燃?xì)忮仩t電費(fèi)計(jì)算。對(duì)于燃?xì)忮仩t而言，主要耗電設(shè)備是循環(huán)水泵，其他耗電可忽略不計(jì)。根據(jù)洗浴系統(tǒng)的水泵功率需配置52kW，加上鍋爐本體等耗電至少60kW。

系統(tǒng)耗電量：W=運(yùn)行功率×功率因數(shù)×運(yùn)行時(shí)間×采暖天數(shù)

洗浴耗電費(fèi)：

W1=60kW×0.85×15h×330d×0.41元/kWh=10.35萬(wàn)元

③燃?xì)忮仩t設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)以往費(fèi)用，取經(jīng)驗(yàn)值15萬(wàn)元。

④燃?xì)忮仩t管理人員工資。每班配置一人管理，人均月工資按照3 500元，則年管理人員工資為：3人×3 500元×12月=12.6萬(wàn)元。

綜上，燃?xì)忮仩t滿足洗浴全年運(yùn)行共計(jì)費(fèi)用775.65萬(wàn)元。

根據(jù)以上年運(yùn)行綜合費(fèi)用的分析對(duì)比，礦井空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大，相比燃?xì)忮仩t系統(tǒng)每年節(jié)約費(fèi)用752.73萬(wàn)元，且環(huán)?？尚?，具有良好的推廣價(jià)值。

4 結(jié)論及展望

本文以古漢山礦為工程背景，通過(guò)空壓機(jī)余熱資源回收利用的應(yīng)用分析，分別從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面分析了空壓機(jī)余熱回收項(xiàng)目的可行性。通過(guò)項(xiàng)目應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比，可以看出礦井空壓機(jī)余熱利用技術(shù)給企業(yè)切實(shí)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，有效降低了煤礦生產(chǎn)成本，利國(guó)利民，符合當(dāng)前嚴(yán)峻的煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，有利于實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排、綠色環(huán)?！钡膽?zhàn)略目標(biāo)，具有極大的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

［1］王力力.唐山礦礦井水余熱資源利用的研究和探討［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（5）：125.

Research and Application of Waste Heat Utilization Technology for Mine Air Compressor in Guhanshan Coal Mine

Hu Guanglin1Ning Xueyan1Lu Anin2
（1.Henan Coking Coal Energy Co.,Ltd.Guhanshan Mine，Jiaozuo Henan 454150；2.Henan Province Coal Science Research Institute Co.,Ltd.，Jiaozuo Henan 454150）

In this paper,the feasibility of the waste heat utilization of the air compressor in Guhanshan Mine was analyzed from the technical and economic aspects of the ancient hills coal mine of Coking Coal Company as the engineering background,using theoretical analysis and comparative calculation method.Through the application of the results of analysis∶air compressor waste heat utilization system is of great economic value,compared to gas boiler system annual operating costs of 7.572 million yuan,and environmentally friendly and feasible,with good promotional value.

air compressor；waste heat utilization；application research

TD443

A

103-5168（2017）09-0082-03

2017-08-01

胡廣林（1972-），男，本科，工程師，研究方向：煤礦機(jī)電運(yùn)輸管理。