SA-250空氣壓縮機(jī)余熱回收與利用

賈霞飛 徐 榮

（大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司 山西 軒崗 034000）

0 引言

空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣清潔、安全、使用方便，成為煤礦安全生產(chǎn)不可缺少的能源動(dòng)力。但是空壓機(jī)也是一個(gè)能耗較大的動(dòng)力設(shè)備，一般空壓機(jī)的輸入動(dòng)能除了部分變成了壓縮空氣的勢(shì)能以外，有一部分的能量以廢熱的形式被排放到空氣中。同時(shí)，為降低空壓機(jī)的油溫，還需要消耗電能開動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)來降低油溫，以保證空壓機(jī)的正常運(yùn)行?？諌簷C(jī)在生產(chǎn)壓縮空氣的過程中消耗的能源約占空壓機(jī)運(yùn)行全部電能的40%以上，其中消耗的96%的能源都轉(zhuǎn)化為熱能排放掉了，約2%通過電機(jī)等高溫部件直接輻射排放，余下94%的熱量卻要通過專門配置的附屬冷卻設(shè)備間接排放[1-3]。

1 空壓機(jī)運(yùn)行熱能狀況

空氣壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，把電能轉(zhuǎn)換機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能，在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能過程中，空氣被強(qiáng)烈的高壓壓縮，使之溫度驟升，這是普通物理學(xué)機(jī)械能量轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，機(jī)械螺桿的高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也摩擦發(fā)熱，產(chǎn)生的高熱由空壓機(jī)潤滑油的加入混合成油/氣蒸汽排出機(jī)體，經(jīng)空壓機(jī)各廠商提供的技術(shù)參數(shù)，空壓機(jī)產(chǎn)生的熱量約為空壓機(jī)軸功率的110%～115%。

（1）空壓機(jī)油約含75%～80%的熱量。

（2）壓縮空氣約含20%～25%的熱量。

（3）電機(jī)、螺桿機(jī)頭、油分等熱輻射10%～15%。

（4）空壓機(jī)油氣的熱量約為空壓機(jī)軸功率的100%～105%。

（5）回收時(shí)約有10%～15%的損耗。

由以上空壓機(jī)熱量狀態(tài)可計(jì)算出實(shí)際回收熱量可為88%。

最重要的是礦用空氣壓縮機(jī)必須長期連續(xù)運(yùn)行，一天24小時(shí)不停機(jī)。所以，熱能回收意義大、效果好。

2 余熱回收系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)

2.1 工作原理

空壓機(jī)余熱回收原理是空壓機(jī)的熱油及高溫氣體分別引入CHR高效熱交換器油通道與水通道的冷水進(jìn)行熱交換，水加溫到45℃～80℃直接排到保溫水箱待用。熱油溫度降至65℃后流經(jīng)油冷卻器再進(jìn)入壓縮機(jī)。高溫氣體溫度降低后流經(jīng)空冷卻器再排出?？諌簷C(jī)余熱回收時(shí)，油、氣冷卻的風(fēng)扇或循環(huán)冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)扇均關(guān)閉。

空壓機(jī)產(chǎn)生的油氣混合體經(jīng)油氣分離器，將空氣和油分離，空壓機(jī)的熱氣進(jìn)入換熱器與水進(jìn)行熱交換，使水初步升溫，氣體降溫后（比進(jìn)水溫度高10℃），再回到原有的氣體冷卻器，如此完成氣體的熱回收。空壓機(jī)熱油進(jìn)入換熱器與升溫后的水進(jìn)行換熱，水溫升高到45℃～80℃，供生產(chǎn)和生活使用，而熱油換熱后溫度約降15℃～20℃，降溫后的油回到空壓機(jī)的機(jī)頭與氣體混合壓縮，如此循環(huán)，空壓機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣的同時(shí)，熱能機(jī)完成了冷水變熱水（原理見圖1）。

CHR高效熱能回收換熱器，采用低阻力、高效率、高導(dǎo)熱性技術(shù)設(shè)計(jì)，具有體積小、重量輕、阻力小、導(dǎo)熱性強(qiáng)等特點(diǎn)。順高余熱回收時(shí)候的高效換熱器采用不銹鋼板材質(zhì)，具有耐腐蝕、耐高溫、耐高壓等性能，保障熱能回收器效率同時(shí)保證了空壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

圖1 空壓機(jī)余熱回收原理

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

空壓機(jī)余熱回收改造后對(duì)空氣壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行有多項(xiàng)好處。

（1）改造后的空氣壓縮機(jī)油溫會(huì)相對(duì)穩(wěn)定，壓縮機(jī)及配件不易產(chǎn)生熱漲冷縮效應(yīng)，降低空壓機(jī)的損壞率。

（2）余熱回收改造后，將原來的風(fēng)冷系統(tǒng)關(guān)閉，大量節(jié)約了電能，減少了故障點(diǎn)。

空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)生產(chǎn)熱水與其他方式生產(chǎn)的熱水相比也有很多的優(yōu)點(diǎn)。

（1）零成本加熱。它本身是一熱利用設(shè)備，在加熱過程中，并沒有增加對(duì)空壓機(jī)本身的負(fù)載，100%利用空壓機(jī)的廢熱能生產(chǎn)熱水，不需要任何輔助加熱設(shè)備。

（2）不受天氣影響。它的熱量來源于空壓機(jī)的廢熱，煤礦空氣壓縮機(jī)由于安全需要，空氣壓縮機(jī)是24小時(shí)運(yùn)行的，空壓機(jī)運(yùn)行余熱回收系統(tǒng)就有熱水產(chǎn)出，所以它不受天氣影響。

（3）運(yùn)行安全可靠，零排放，無污染。

3 實(shí)施方案及應(yīng)用案例

軒煤公司現(xiàn)使用的壓風(fēng)機(jī)為SA-250風(fēng)冷機(jī)組，標(biāo)準(zhǔn)配置是油冷卻壓縮機(jī)，然后由流動(dòng)空氣來冷卻機(jī)油，將熱量排出，針對(duì)空壓機(jī)這一熱交換原理，我們同空壓機(jī)生產(chǎn)廠家聯(lián)系，對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行內(nèi)部改造，增加熱能回收器，將空壓機(jī)運(yùn)行冷卻油（潤滑油）中產(chǎn)生的大量熱量，通過CHR高效熱能回收器進(jìn)行回收利用，將回收的熱量用于水溫加熱，從而用于生活、生產(chǎn)的熱水供應(yīng)。該方式實(shí)現(xiàn)廢熱循環(huán)利用，有利于節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)降低企業(yè)成本。

3.1 改造后技術(shù)參數(shù)對(duì)比及產(chǎn)能

2017年6月軒煤公司焦家寨礦開始施工改造空氣壓縮機(jī)，8月中旬投入使用，熱能回收系統(tǒng)和空氣壓縮機(jī)運(yùn)行正常。使用熱回收系統(tǒng)后，空壓機(jī)的排氣溫度降低了10℃～15℃，可以提高4%～5%的產(chǎn)氣量，產(chǎn)同樣的壓縮空氣，可以節(jié)約4%～5%的輸入功率。對(duì)風(fēng)冷空壓機(jī)可以減少風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間，提高產(chǎn)氣量同時(shí)因減少了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，降低了風(fēng)機(jī)的電消耗。焦家寨礦配置四臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行方式，兩用兩備，每臺(tái)SA-250風(fēng)冷空氣壓縮機(jī)，每天運(yùn)行24小時(shí)可生產(chǎn)47.76噸熱水。

圖2 焦家寨礦空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)

3.2 空壓機(jī)余熱回收采用智能電氣控制系統(tǒng)

3.2.1 回收系統(tǒng)與空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)

可與空壓機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行聯(lián)動(dòng)工作，空壓機(jī)運(yùn)行則熱回收系統(tǒng)運(yùn)行,可實(shí)現(xiàn)全天候無人值守。

3.2.2 安全可靠性

回收系統(tǒng)包括溫度傳感器斷線、相序保護(hù)、溫度保護(hù)、運(yùn)行水泵過載保護(hù)?？扇姹O(jiān)控?zé)峄厥障到y(tǒng)各個(gè)物理參數(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控進(jìn)出油的溫度、進(jìn)出水的溫度以及蓄水箱的水位、相序，防止水泵反轉(zhuǎn)并監(jiān)視補(bǔ)水水泵的運(yùn)行情況以及過載保護(hù)狀態(tài)等，自動(dòng)化程度高。

3.2.3 智能調(diào)節(jié)及能量統(tǒng)計(jì)

可以根據(jù)客戶實(shí)際的需求，按照預(yù)先設(shè)置好的出水溫度進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)，達(dá)到補(bǔ)水與溫控的協(xié)調(diào)，維持用水溫度的穩(wěn)定?？稍诰€統(tǒng)計(jì)熱回收量，直觀反映回收熱量的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.4 智能故障診斷

具有完備的保護(hù)功能與自我診斷能力。一旦報(bào)警，控制系統(tǒng)除了在操作面板上發(fā)出指示外，還在顯示屏上以走馬燈形式滾動(dòng)顯示；如果控制系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障，影響到了整個(gè)熱回收系統(tǒng)的安全性，熱回收系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)，把潤滑油冷卻的控制權(quán)交回原有空壓機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)空壓機(jī)的運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生任何影響。

3.2.5 具備遠(yuǎn)程控制

可通過RS485通訊方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多機(jī)聯(lián)控，也可納入上位機(jī)的監(jiān)控范圍。預(yù)留風(fēng)冷控制輸出，可控制冷卻風(fēng)扇運(yùn)行以達(dá)到控制油溫的目的，從而更好的保護(hù)空氣壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益及節(jié)能減排

2014年11月6日國家能源局、國家發(fā)改委、環(huán)保部等七部委聯(lián)合發(fā)布《燃煤鍋爐節(jié)能環(huán)保綜合提升工程實(shí)施方案》淘汰10噸/時(shí)燃煤鍋爐，主要是為了消減大氣污染物排放。焦家寨礦空壓機(jī)經(jīng)改造，熱能回收系統(tǒng)投入使用后拆除了為職工澡堂供應(yīng)熱水用的6噸/時(shí)燃煤鍋爐一臺(tái)。每年減少燃煤360噸、排污量87.3噸、灰渣（焦礦5#煤干基灰分平均為24.25%）、二氧化硫排放量約6.73噸（焦礦5#煤空干基全硫量平均為1.87%）、煙塵排放量為65噸。

4 結(jié)束語

空壓機(jī)余熱回收技術(shù)的應(yīng)用與國家倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保的理念是高度一致的，在節(jié)能環(huán)保的基礎(chǔ)上，提高了機(jī)電設(shè)備的工作效率和工作可靠性。