空壓機(jī)熱回收裝置在煤礦中的應(yīng)用

戴文琦

(晉能控股集團(tuán) 和順李陽煤業(yè)有限公司，山西 和順 032700)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，生存環(huán)境危機(jī)的持續(xù)高壓，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為我國“十四五”發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)工作，這也是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然條件。李陽煤業(yè)在安裝空氣壓縮機(jī)前調(diào)研發(fā)現(xiàn)，煤礦空壓機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的大量熱能一般都被白白地浪費(fèi)掉了。根據(jù)美國能源署統(tǒng)計(jì)，一般空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)，真正用于增加空氣勢能所消耗的電能，在總耗電量中只占約15%，約有85%的電能轉(zhuǎn)化為熱量，并通過水冷或風(fēng)冷的方式排放到空氣中。如將這部分熱能充分回收利用，既可解決礦井一部分供熱需求，也能夠節(jié)省一定的供熱費(fèi)用。因此，李陽煤業(yè)決定安裝1套熱回收裝置進(jìn)行空壓機(jī)熱能回收，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

1 熱回收裝置的選擇

1.1 熱回收系統(tǒng)的定義

本熱回收系統(tǒng)由換熱端、循環(huán)端、用熱端及系統(tǒng)監(jiān)控等部分組成，是通過冷卻水回收煤礦空壓機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的余熱或廢熱，用于生產(chǎn)企業(yè)的生活熱水或工業(yè)熱水。該系統(tǒng)充分利用了廢熱，降低了冷凝熱對環(huán)境造成的熱污染。

1.2 熱回收裝置的選擇

熱回收裝置要根據(jù)工程的現(xiàn)場情況、本地氣候條件、排風(fēng)中有害氣體量等因素進(jìn)行選擇。該礦使用的熱回收裝置要求盡可能投資少、回收效果好。因此對以下3種熱回收裝置進(jìn)行了比較：

1) 噴油HRS。功率：55～350 kW，熱回收率70%，額定出水溫度：60 ℃，適用機(jī)型：M55-M350和R90-R160。

2) 無油HRS。功率：90～300 kW，熱回收率75%以上，額定出水溫度：60 ℃，適用機(jī)型：Sierra90-300和Nirvana75-160。

3) 離心機(jī)高效多級HRS。功率：315～630 kW，熱回收率85%以上，額定出水溫度：85 ℃，適用機(jī)型：C700，其他CENTAC、AXCX。

通過對以上3種熱回收裝置進(jìn)行分析、判斷，選擇的空氣壓縮機(jī)為MM250-2S型螺桿式空壓機(jī)，額定功率為250 kW，噴油HRS-COMP-250型熱回收裝置與之相匹配，可以滿足250 kW功率的要求，同時(shí)也能滿足熱回收要求。

2 系統(tǒng)熱交換原理

礦用空氣壓縮機(jī)在工作過程中會產(chǎn)生高溫高壓油氣，油氣所攜帶的熱量約為空壓機(jī)軸功率的85%，油溫一般在80～100 ℃之間，如果不及時(shí)排放熱量，會導(dǎo)致電機(jī)局部溫度和排氣溫度過高，不僅會縮短壓縮機(jī)的使用壽命，也會影響壓縮空氣的質(zhì)量。如果熱量直接通過冷卻系統(tǒng)排出，不僅浪費(fèi)能源，還會造成熱污染。因此，熱回收的主要功能是取代原有的冷卻系統(tǒng)，將油氣所攜帶的熱量轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崴?，供煤礦洗浴場所使用。

2.1 熱交換工作原理

空壓機(jī)-余熱回收系統(tǒng)如圖1所示。噴油螺桿式空壓機(jī)的熱量交換工作原理為：空氣經(jīng)過濾進(jìn)入壓縮機(jī)主機(jī)，在空壓機(jī)工作過程中與系統(tǒng)注入的潤滑油混合，壓縮后的混合氣體從壓縮室排入油氣分離桶，得到高溫高壓的油和氣。一方面分離出的高溫高壓潤滑油經(jīng)過油溫溫控閥在空壓機(jī)熱水機(jī)中進(jìn)行熱量交換，交換后經(jīng)油冷卻器、原有溫控閥、油過濾器再返回油路，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。另一方面，分離出的高溫高壓氣體進(jìn)入空壓機(jī)熱水機(jī)中進(jìn)行熱量交換，熱量交換后的氣體得到釋放。

2.2 熱水的循環(huán)流程

高溫高壓油、氣經(jīng)過空壓機(jī)熱水機(jī)HRS的熱量交換，其中的常溫水經(jīng)過熱交換加熱后，經(jīng)供熱系統(tǒng)儲存在保溫水箱中，然后供熱系統(tǒng)將熱水送至澡堂使用，未使用的熱水通過保溫水箱流回循環(huán)水泵進(jìn)行再加熱。依靠循環(huán)水泵完成整個(gè)循環(huán)過程，并經(jīng)溫度控制器和水位控制器配合補(bǔ)充水位。通過出口的水溫控制閥進(jìn)入澡堂作為洗澡熱水，如此不斷循環(huán)。熱水循環(huán)流程如圖2所示。

3 結(jié) 語

實(shí)際生產(chǎn)過程中，空壓機(jī)等設(shè)備浪費(fèi)的熱能非常多，通過余熱回收項(xiàng)目的實(shí)施，能充分利用這部分資源，帶來的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^，同時(shí)也能降低一定的環(huán)保壓力，促進(jìn)節(jié)能減排工作開展。

經(jīng)過多年的應(yīng)用，證明李陽煤業(yè)的余熱回收系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1) 充分利用空壓機(jī)余熱，不僅有效解決了空壓機(jī)散熱問題，提高了空壓機(jī)的使用壽命，同時(shí)將回收的熱能再利用，節(jié)能又環(huán)保。

2) 余熱回收產(chǎn)生的熱水可以滿足全礦職工的洗浴需求。

3) 可以替代煤礦部分燃煤鍋爐，減少了鍋爐檢修工作量及相關(guān)配套設(shè)備的投入。

4) 有效降低了空壓機(jī)房的溫度。

5) 減少了環(huán)境污染，提高了空氣質(zhì)量，節(jié)能減排效果明顯。