壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用研究

劉斌

摘? ?要：礦井壓風(fēng)機(jī)作為大型固定機(jī)械設(shè)備，通常需要在礦井建造過程中進(jìn)行配套設(shè)計(jì)，其主要擔(dān)負(fù)著為主井、副井、運(yùn)輸及采掘等礦井生產(chǎn)提供風(fēng)源動(dòng)力，在礦井生產(chǎn)中具有重要地位。由于地面壓風(fēng)機(jī)排出的熱能無法進(jìn)行有效回收利用，容易造成能源浪費(fèi)，降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用不僅能夠幫助壓風(fēng)機(jī)降低油溫，而且能夠滿足礦井澡堂冷水加溫、集中供暖等需求，熱回收率在95%左右，具有一定的經(jīng)濟(jì)意義。文章以某礦井為例，詳細(xì)介紹了壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用情況，僅供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦企業(yè);壓風(fēng)機(jī);余熱回收系統(tǒng)

在煤礦生產(chǎn)過程中，壓風(fēng)機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，設(shè)備中的潤(rùn)滑油能夠?qū)⑦@部分熱量帶出機(jī)體外，降低壓風(fēng)機(jī)的溫度，確保運(yùn)行狀態(tài)正常。潤(rùn)滑油的溫度一般在80～100 ℃，生產(chǎn)單位會(huì)通過風(fēng)冷或水冷的形式將這部分熱量排放到外部大氣中，壓風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生熱量的排放不僅會(huì)引起環(huán)境熱污染，而且會(huì)造成熱能的浪費(fèi)。

1? ? 壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)概述

在煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中，壓風(fēng)機(jī)作為大型機(jī)電設(shè)備，不僅能夠作為壓風(fēng)自救系統(tǒng)的供風(fēng)風(fēng)源，而且能夠作為礦井巷道和采掘工作面的動(dòng)力風(fēng)源。本文以某礦井為例，該礦井為400萬噸級(jí)大型礦井，現(xiàn)安裝有8臺(tái)螺桿式壓風(fēng)機(jī)，這些壓風(fēng)機(jī)除了用作壓風(fēng)自救系統(tǒng)用風(fēng)和氮?dú)庥蔑L(fēng)以外，還可以作為風(fēng)動(dòng)工具用供給井下采掘工作面。在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，油脂的溫度經(jīng)常保持在90 ℃左右，造成油溫較高的主要原因是油脂不斷的壓縮，所以冷卻系統(tǒng)是壓風(fēng)機(jī)不可缺少的組成部分。冷卻系統(tǒng)通常利用75 kW的循環(huán)水泵向壓風(fēng)機(jī)的冷卻器注入冷卻水流，讓冷卻水流帶走部分熱量，從而確保壓風(fēng)機(jī)油溫大幅降低，使設(shè)備保持良好的運(yùn)行性能。該礦井通過科學(xué)論證，決定將余熱回收系統(tǒng)應(yīng)用到壓風(fēng)系統(tǒng)中，余熱回收系統(tǒng)能夠?qū)嚎s機(jī)油脂的熱量進(jìn)行集中吸收，然后供給鍋爐房或職工澡堂，提高用水溫度。該系統(tǒng)還可以自動(dòng)控制水溫和水位，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。另外余熱回收系統(tǒng)將大部分熱量吸收后，設(shè)備中的油溫大幅下降，減少了壓風(fēng)機(jī)的高溫隱患。

2? ? 壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)常見的問題

（1）在煤礦生產(chǎn)單位，自來水用量普遍較大，而壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)也是通過自來水來維持運(yùn)轉(zhuǎn)的。但大量的用水量常常造成斷水現(xiàn)象，不穩(wěn)定的供水情況會(huì)造成余熱利用系統(tǒng)斷斷續(xù)續(xù)工作，從而使壓風(fēng)機(jī)油溫超出限定參數(shù)，排氣系統(tǒng)也因超溫出現(xiàn)停機(jī)。為了避免壓風(fēng)機(jī)超溫停機(jī)影響井下的正常供風(fēng)，壓風(fēng)機(jī)自身的冷卻系統(tǒng)需要與余熱回收系統(tǒng)同時(shí)使用，造成生產(chǎn)成本的大幅增高。

（2）當(dāng)煤礦職工澡堂用水達(dá)到高峰期時(shí)，通過壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)對(duì)洗澡用水進(jìn)行加溫很難滿足使用需求，當(dāng)余熱回收系統(tǒng)的熱能不夠時(shí)，需要通過補(bǔ)氣系統(tǒng)使水溫快速升高。當(dāng)職工澡堂在用水低峰時(shí)，熱能無法充分利用，熱水箱達(dá)到儲(chǔ)水上限后，余熱利用系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)停止工作，這就造成了余熱回收系統(tǒng)不僅具有較低的利用效率，還存在一定的熱能浪費(fèi)現(xiàn)象。

（3）在使用余熱利用系統(tǒng)過程中，同步開啟壓風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)會(huì)使余熱回收系統(tǒng)的利用效率大幅降低。主要原因是壓風(fēng)機(jī)內(nèi)的油溫先經(jīng)過壓風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行一次冷卻，在經(jīng)過余熱回收系統(tǒng)時(shí)溫度已經(jīng)大幅降低，這就造成余熱回收系統(tǒng)無法對(duì)壓風(fēng)機(jī)油脂的熱量進(jìn)行全部吸收，浪費(fèi)了大量熱能，增加了生產(chǎn)成本。

3? ? 壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)組成應(yīng)用

3.1? 壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)工作原理

壓風(fēng)機(jī)的散熱是通過潤(rùn)滑系統(tǒng)和壓風(fēng)機(jī)排風(fēng)扇將熱量排出的。由此可知，排風(fēng)口排出的熱風(fēng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的熱量都是壓風(fēng)機(jī)可利用的余熱。其中，潤(rùn)滑系統(tǒng)采用冷熱交換原理，通過直熱式余熱回收主機(jī)提取正常工作壓風(fēng)機(jī)輸入功率60%的熱量，向水中轉(zhuǎn)移高溫潤(rùn)滑油的熱量，經(jīng)過循環(huán)水泵將熱水送至蓄水箱中以供使用。通過自制的風(fēng)管可以將排風(fēng)扇排出的熱量收集至熱風(fēng)管路，然后通過旋風(fēng)機(jī)向副斜井井口輸送熱風(fēng)。

3.2? 壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)的安裝及工作流程

余熱回收系統(tǒng)利用原有螺桿式壓風(fēng)機(jī)，并聯(lián)設(shè)計(jì)直熱式余熱回收主機(jī)，余熱回收主機(jī)連接壓風(fēng)機(jī)溫控閥出油、循環(huán)水泵、補(bǔ)水電磁閥、保溫水管、布袋式過濾器、雙層不銹鋼保溫水箱等設(shè)備;循環(huán)泵不斷對(duì)熱桶中冷水進(jìn)行循環(huán)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定限值時(shí)，供水泵向保溫水箱排放熱水，保溫水箱的溫度探頭和水位探針對(duì)水溫和水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，達(dá)到設(shè)定值后由供水泵輸送至職工澡堂洗浴熱水管路，供職工使用。還有一部分熱風(fēng)需要供至副斜井，可以選取距離副井井口比較近的壓風(fēng)機(jī)房，使用2 mm熱軋薄板焊接連接壓風(fēng)機(jī)的熱風(fēng)排風(fēng)口，并將白鐵皮和巖棉敷設(shè)在自制風(fēng)管表面，連接φ600 mm玻璃鋼保溫風(fēng)管，將旋風(fēng)機(jī)安裝在管路始端，在冬季向副斜井井口傳送熱風(fēng)，防止井筒上凍，保障正常生產(chǎn)。

3.3? 壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)自動(dòng)化控制

壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)的控制裝置包括變頻器、壓力傳感器、PLC系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制。壓力傳感器安裝在管網(wǎng)干線上，用于對(duì)管網(wǎng)水壓的檢測(cè)，將壓力轉(zhuǎn)化為4～20 mA的電流或0～10 V的電壓信號(hào)提供給變頻器。變頻器是水泵電機(jī)的控制設(shè)備，能夠按照水壓恒定需要向水泵電機(jī)傳送0～50 Hz的頻率信號(hào)，調(diào)整其轉(zhuǎn)速ENC。系統(tǒng)采用PID控制的應(yīng)用宏進(jìn)行閉環(huán)控制來改變頻率輸出值，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力的恒定要求。

3.4? 壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)具有無污染、無噪聲、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，隨時(shí)可以提取壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的熱能。當(dāng)壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，可以關(guān)閉壓風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，使生產(chǎn)成本大幅減少。而且隨著機(jī)組運(yùn)行溫度不斷變化，壓風(fēng)機(jī)的產(chǎn)氣量也發(fā)生變化。利用壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)能夠給壓風(fēng)機(jī)油溫降溫，使產(chǎn)氣量提高10%左右，為礦井生產(chǎn)提供可靠保壓風(fēng)機(jī)油的熱量。

4? ? 結(jié)語

隨著煤礦企業(yè)對(duì)環(huán)保節(jié)能工作的重視，壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)將被放在越來越重要的位置。利用壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保與安全生產(chǎn)同步推進(jìn)，進(jìn)一步改善壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行性能，節(jié)約鍋爐房的原煤消耗，減輕空氣污染程度，提高礦井整體工作效率，真正實(shí)現(xiàn)“人、機(jī)、物”的和諧發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊明法，孫君，王寶剛，等.煤礦副井壓風(fēng)機(jī)的改造及自動(dòng)化控制[J].山東煤炭科技，2011（1）：220-221.