閆利拉

（霍州煤電集團(tuán) 龐龐塔煤礦，山西 呂梁033200）

空壓機(jī)是煤礦重要的動(dòng)力源，主要為礦井風(fēng)動(dòng)機(jī)械設(shè)備提供安全可靠動(dòng)力，同時(shí)還是礦井壓風(fēng)自救系統(tǒng)的空氣源和防滅火系統(tǒng)的氣體源，由于空壓機(jī)是高功率大型連續(xù)運(yùn)行設(shè)備，故也是煤礦的高耗能設(shè)備，有資料表明，空壓機(jī)耗能約占煤礦企業(yè)電力消耗的15%～35%〔1〕?？諌簷C(jī)通過空氣壓縮獲取動(dòng)力能，在這個(gè)過程中約有80%的電能直接轉(zhuǎn)換為熱能，只有20%的電能最終可轉(zhuǎn)換為空氣能。在煤礦企業(yè)中，空壓機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的熱能利用率極低，往往被當(dāng)做廢熱直接排放。空壓機(jī)余熱的浪費(fèi)一方面造成能源的浪費(fèi)，同時(shí)對于空壓機(jī)使用性能和使用壽命也極為不利，另外也容易造成礦區(qū)環(huán)境污染。本著節(jié)能降耗的目的，部分煤礦企業(yè)已經(jīng)著手對空壓機(jī)余熱進(jìn)行利用，空壓機(jī)余熱回收利用可大幅度降低空壓機(jī)余熱排放量，也節(jié)省了大量的燃料煤。山西龐龐塔煤礦針對空壓機(jī)余熱浪費(fèi)現(xiàn)狀，通過技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)余熱利用，將余熱用于加熱礦區(qū)生活用水和冬季采暖，這不但滿足了礦區(qū)洗浴、供熱需求，同時(shí)也提升了礦井的環(huán)保形象，對于提高礦井效益也有著一定的推動(dòng)作用，對于應(yīng)對當(dāng)前煤炭疲軟形勢也有著重要意義。

1 空壓機(jī)余熱利用的意義

在空壓機(jī)運(yùn)行過程中，空氣由過濾器去除雜質(zhì)后由進(jìn)氣控制閥進(jìn)入空壓機(jī)主機(jī)內(nèi)，在空氣受到壓縮的同時(shí)，空氣與冷卻潤滑油體進(jìn)行混溶，混溶體從空壓機(jī)壓縮腔內(nèi)進(jìn)入油氣分離器得到具有高溫和高壓特性的油體和空氣。本著保護(hù)空壓機(jī)的目的，高溫、高壓的油體和空氣分別進(jìn)入配備的冷卻系統(tǒng)中，冷卻后的潤滑油可循環(huán)使用，空氣被輸送到指定場所。在空壓機(jī)運(yùn)行過程中，經(jīng)冷卻系統(tǒng)帶走的熱量約占空壓機(jī)運(yùn)行所需電耗的80%左右，這部分熱量溫度約在85℃～100℃，直接被當(dāng)做廢熱排放到空氣中。這部分余熱的損失不僅是一種能源形式的浪費(fèi)，也會一定程度的污染周圍環(huán)境，對于提高礦井綜合效益也極為不利。自2012年以來，國內(nèi)80%的煤炭企業(yè)處于虧損狀態(tài)，在此形勢下，空壓機(jī)余熱直接排放更是與礦井“節(jié)能降耗”、“保生存、促發(fā)展”的礦井發(fā)展理念背道而馳，故加強(qiáng)空壓機(jī)余熱利用是應(yīng)對當(dāng)前煤礦困境的有效途徑。資料顯示，國內(nèi)部分礦井，如梨園礦、夏店礦、城郊礦、正明礦、平煤股份八礦、四侯煤業(yè)等單位對空壓機(jī)余熱進(jìn)行了較好的利用，這些礦井利用空壓機(jī)余熱進(jìn)行供暖和職工洗浴用水加熱，節(jié)省了大量的燃料煤，對于提高礦井效益具有重要的意義〔2－6〕。

2 空壓機(jī)余熱利用實(shí)踐

2.1 空壓機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀

礦井壓風(fēng)機(jī)房位于工業(yè)廣場西南部，共安裝3臺BST－330SAL型螺桿空壓機(jī)，空壓機(jī)裝機(jī)功率為250kW，額定電壓為380V，額定流量和額定壓力分別為31.5m3／min和0.8MPa，空壓機(jī)主要用于井下風(fēng)動(dòng)設(shè)備的動(dòng)力源和壓風(fēng)自救的空氣源，同時(shí)還肩負(fù)部分地面用風(fēng)，根據(jù)礦井需要至少保證一臺壓風(fēng)機(jī)保持全時(shí)段運(yùn)行?？諌簷C(jī)運(yùn)行實(shí)踐表明，其運(yùn)行過程中油、氣溫度可高達(dá)85℃～95℃，為了滿足空壓機(jī)運(yùn)行溫度需求，將油、氣分別通過各自冷卻系統(tǒng)降溫后將余熱直接排放到壓風(fēng)機(jī)房周圍空氣中。空壓機(jī)余熱的直接排放造成空壓機(jī)溫度不斷升高，致使壓風(fēng)機(jī)房工作人員不斷循環(huán)使用3臺空壓機(jī)以保證空壓機(jī)安全可靠運(yùn)行，另外，空壓機(jī)余熱的直接排放還會造成周圍環(huán)境破壞，致使周圍空氣質(zhì)量不佳。該礦地處山西北部，每年10月至次年4月處于供暖期，每年需要大量的原煤進(jìn)行熱能供應(yīng)；同時(shí)，礦井職工洗浴和部分生活熱水也需要燃煤提供。這些原煤的燃燒不僅增加了礦井經(jīng)營成本，同時(shí)還會產(chǎn)生大量的CO2、SO2等有害氣體，對環(huán)境污染和溫室效應(yīng)有一定的推助作用。而空壓機(jī)產(chǎn)生的余熱直接排放到壓風(fēng)機(jī)房周圍空氣中，不僅造成了能源浪費(fèi)，對于空壓機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性也極為不利。因此，若能夠?qū)諌簷C(jī)余熱進(jìn)行利用，不僅可節(jié)省大量的燃煤，滿足礦井職工洗浴和部分生活熱水，還能提高空壓機(jī)的穩(wěn)定性，對于實(shí)現(xiàn)礦井節(jié)能減排、提高經(jīng)濟(jì)效益和創(chuàng)建綠色礦區(qū)具有積極的意義。

2.2 空壓機(jī)余熱利用方案

鑒于空壓機(jī)余熱不加控制排放造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境破壞，同時(shí)本著提高礦井綜合效益的目的，決定對空壓機(jī)工作流程進(jìn)行改造來實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)余熱的有效回收和利用。從原理上分析，空壓機(jī)余熱回收利用是指通過設(shè)備和工藝的改變實(shí)現(xiàn)高溫高壓油、氣與水進(jìn)行熱交換，通過熱交換實(shí)現(xiàn)廢熱的收集和利用。根據(jù)礦井運(yùn)行現(xiàn)狀，決定對其中2臺空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收利用試驗(yàn)，余熱回收利用系統(tǒng)見圖1。由圖1可以看出，該空壓機(jī)余熱回收利用系統(tǒng)主要包含空壓機(jī)、熱交換器、水泵控制器、水箱、液位控制器等，系統(tǒng)工作原理為：空壓機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的高溫油經(jīng)熱交換器后進(jìn)入冷卻水中進(jìn)行冷卻，冷卻后的油體可返回到空壓機(jī)油路系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)利用，冷卻水經(jīng)熱交換后水溫升高后進(jìn)入保溫水箱，水箱液位由液位控制器進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)水位低于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)電磁球閥自動(dòng)開啟進(jìn)行水箱補(bǔ)水，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)電磁球閥自動(dòng)關(guān)閉停止補(bǔ)水，保溫水箱具有隔熱功能，通過管路和截止閥供給職工澡堂或者其他生活用水點(diǎn)。

圖1 空壓機(jī)余熱回收利用系統(tǒng)示意

該空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)有：通過液位控制器、流量控制器、溫度感應(yīng)器等裝置可實(shí)現(xiàn)水箱水溫和水位等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過控制器可實(shí)現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)故障的診斷和處理，這些信息可通過液晶顯示屏直觀顯示，這樣提高了余熱回收系統(tǒng)的可靠性；該空壓機(jī)余熱回收利用系統(tǒng)中只需要一次性投入熱交換器、水箱等相關(guān)設(shè)備，不消耗其它能源即可實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的余熱回收利用；通過空壓機(jī)余熱的回收利用可有效降低空壓機(jī)環(huán)境溫度，避免空壓機(jī)長時(shí)間高溫運(yùn)行，可減少空壓機(jī)輪換使用頻率，降低了空壓機(jī)零部件的老化速度和更換頻率，有助于提高空壓機(jī)使用性能和使用壽命；空壓機(jī)余熱回收利用系統(tǒng)運(yùn)行后，空壓機(jī)原控制和操作方式不變，不影響空壓機(jī)運(yùn)行效果，即使停用余熱回收利用系統(tǒng)后也可保障空壓機(jī)原冷卻系統(tǒng)正常工作。

2.3 空壓機(jī)余熱回收利用效果分析

由于該礦井應(yīng)用2臺空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收利用，空壓機(jī)每日全負(fù)荷運(yùn)行，有效加載時(shí)間為95%，根據(jù)空壓機(jī)日常運(yùn)行情況可知，空壓機(jī)負(fù)荷率約為65%，約有80%的電能轉(zhuǎn)化為熱能，其中約有90%的余熱可通過空壓機(jī)余熱回收利用系統(tǒng)進(jìn)行回收和利用，這樣每日可通過空壓機(jī)余熱回收利用系統(tǒng)得到熱能Q＝250×2×95%×65%×80%×90%×860×24＝4588272kcal。礦井澡堂進(jìn)口水溫約為10℃，冬季洗澡水溫約為60℃，夏季洗澡水溫約為40℃，由此可知冬季可加熱水量 L1＝Q／（60－10）＝4588272÷50≈91765kg，夏季可加熱水量L2＝ Q／（40－10）＝4588272÷30＝152942kg。該礦井日均進(jìn)入澡堂洗澡職工人數(shù)約為520人，洗澡用水為70L／人，日均用水量為520×70L＝36400L＝36400kg，由此可知通過余熱回收系統(tǒng)可完全滿足冬夏兩季職工洗澡用水需求。礦井冬季采暖負(fù)荷為65W／m2，在滿足職工洗澡用水的基礎(chǔ)上，冬季每小時(shí)可提供采暖熱量Q2＝（91765－36400）×50÷24÷860＝134kWh，冬季可提供采暖面積S＝Q2／C＝134×103÷65＝2062m2。綜上可知，利用空壓機(jī)余熱回收利用技術(shù)可以滿足職工洗澡用水和礦區(qū)冬季局部區(qū)域采暖需求，對于提高資源利用率，降低環(huán)境污染具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。

3 結(jié)語

空壓機(jī)作為煤礦重要的動(dòng)力源，因其廢熱無節(jié)制排放導(dǎo)致周邊空氣和環(huán)境遭受污染，也造成了一定程度的能源浪費(fèi)。利用空壓機(jī)余熱回收利用技術(shù)可實(shí)現(xiàn)這部分熱能的有效回收利用，通過該系統(tǒng)的實(shí)施可將回收的余熱對職工洗澡用水和采暖進(jìn)行供熱等，對提高礦區(qū)環(huán)境和空氣質(zhì)量具有重要的意義。同時(shí)，余熱的有效回收也一定程度的解決了空壓機(jī)長期高溫運(yùn)行問題，提高了空壓機(jī)運(yùn)行性能和使用壽命?？諌簷C(jī)余熱回收利用系統(tǒng)的實(shí)施真正實(shí)現(xiàn)了礦井“節(jié)能降耗”理念，實(shí)現(xiàn)了“人－機(jī)－環(huán)”的和諧統(tǒng)一，符合國家提倡的環(huán)保理念，可有效降低礦井生產(chǎn)成本，能一定程度的應(yīng)對當(dāng)前煤炭疲軟形勢。故空壓機(jī)余熱回收利用系統(tǒng)在煤礦具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

〔1〕吳啟芳.螺桿式空壓機(jī)余熱回收在煤礦的應(yīng)用〔J〕.能源與環(huán)境，2013，（3）：58－59.

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