范 愷

（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司寺河煤礦，山西 晉城 048000）

隨著節(jié)能政策和環(huán)保要求的能耗少、噪聲低的普及及人們節(jié)能意識的提高，各行各業(yè)對空壓機(jī)的余熱利用越來越重視[1]。針對煤礦風(fēng)井場地空壓機(jī)的特點及煤礦風(fēng)井場地洗浴熱水的特點，提出采用空壓機(jī)余熱制備洗浴熱水成為煤礦空壓機(jī)余熱利用的重點發(fā)展方向。

1 場地現(xiàn)狀及條件

1.1 現(xiàn)狀

寺河礦三水溝風(fēng)井場地距離礦工業(yè)廠區(qū)較遠(yuǎn)，且因場地面積的限制，未能建設(shè)集中供暖設(shè)施，每天約500人次的洗浴和冬季建筑采暖一直是職工反映最強(qiáng)烈的問題。

1.2 條件

寺河礦三水溝風(fēng)井場地有4臺LS25S-300H型螺桿空壓機(jī)，輸入功率224kW，3臺24h持續(xù)運行1臺備用，冷卻方式為風(fēng)冷?？諌簷C(jī)長期連續(xù)運行過程中產(chǎn)生的大量高溫?zé)崮埽s440kW）排放到大氣中，溫度通常在90℃（冬春季）～105℃（夏秋季）。三水溝風(fēng)井場地制取職工洗浴熱水僅需要150kW的供熱負(fù)荷，職工宿舍供暖需要約300kW的供熱負(fù)荷。

2 技術(shù)關(guān)鍵點及路線

2.1 空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)工藝設(shè)備匹配

（1）確定空壓機(jī)余熱回收機(jī)組換熱面積，以保證換熱的充分；

（2）空壓機(jī)余熱回收機(jī)組流道結(jié)構(gòu)設(shè)計，以減少對空壓機(jī)油路增加的阻力；

（3）采用空壓機(jī)余熱回收機(jī)組后，空壓機(jī)注油量的確定，以保證空壓機(jī)的穩(wěn)定運行和換熱的高效；

（4）要合理設(shè)計二次側(cè)水泵流量，以確保水箱內(nèi)溫度波動最小，提高洗浴的舒適性。

2.2 空壓機(jī)余熱回收自動控制系統(tǒng)

（1）自控系統(tǒng)確?？諌簷C(jī)油溫，以保證空壓機(jī)的穩(wěn)定運行；

（2）余熱回收利用系統(tǒng)停止回收余熱時，應(yīng)及時切換至空壓機(jī)原空冷散熱器散熱狀態(tài)。

2.3 技術(shù)路線

（1）合理選擇蓄熱水箱容積，以滿足洗浴熱水供熱需要[3]；

（2）合理選擇蓄熱水箱保溫層厚度，以防止散熱過快無法保證洗浴熱水需求。

改造4臺空壓機(jī)，將每臺空壓機(jī)潤滑油引至配套余熱回收機(jī)組，通過余熱回收機(jī)組將熱量置換給一次熱水，一次熱水通過板式換熱器加熱二次熱水，二次熱水進(jìn)入蓄熱水箱。

圖1 空壓機(jī)余熱回收利用技術(shù)路線圖

3 工作原理

3.1 余熱回收機(jī)組原理

空壓機(jī)余熱回收機(jī)組原理是實現(xiàn)空壓機(jī)油與水之間的熱交換，從而將空壓機(jī)油中的熱量置換給水，將水加熱[3]。

圖2 空壓機(jī)余熱回收機(jī)組原理示意圖

3.2 空壓機(jī)油路工作原理

如圖3所示，原油路循環(huán)為圖中框中實線，改造后F4關(guān)閉，F(xiàn)1打開，油進(jìn)入余熱回收機(jī)組，油在余熱回收機(jī)組中將熱量釋放給水，溫度降低，經(jīng)過F5、F3進(jìn)入空壓機(jī)進(jìn)口處，最終進(jìn)入空壓機(jī)。當(dāng)洗浴熱水溫度已達(dá)到設(shè)計溫度，油中熱量則無法釋放，從而經(jīng)三通閥F5，經(jīng)F2進(jìn)入原空壓機(jī)空氣冷卻器，通過冷卻器進(jìn)行降溫，從而保證空壓機(jī)的穩(wěn)定運行[2]。

3.3 洗浴熱水制備原理

空壓機(jī)余熱回收機(jī)組熱水（約65℃）進(jìn)入板式換熱器，在板式換熱器中將熱量置換給二次水，二次水進(jìn)入水箱，如此不斷循環(huán)，從而將水箱中熱水加熱至一定洗浴所需溫度（45℃）。洗浴熱水通過給水泵輸送至浴室，洗浴熱水到設(shè)定水位時，補(bǔ)水電動閥打開，進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)至設(shè)定液位，溫度傳感器監(jiān)測到水箱內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度后，再次開始循環(huán)加熱[4]。圖4所示為洗浴熱水制備原理示意圖。

圖3 空壓機(jī)油路工作原理示意圖

圖4 洗浴熱水制備原理示意圖

3.4 板式換熱器除垢原理

為減少板式換熱器拆洗的次數(shù)及不影響板式換熱器使用壽命，安裝一套板式換熱器除垢裝置。如圖5所示，除垢水箱內(nèi)裝滿草酸等除垢劑，如對1#板式換熱器進(jìn)行除垢，關(guān)閉閥門F1，打開閥門F3與F6，啟動除垢泵，草酸等除垢劑在板換與除垢水箱之間進(jìn)行循環(huán)，循環(huán)一段時間即可達(dá)到除垢的效果[5]。除垢結(jié)束后，關(guān)閉F3與F6，通過板換過濾器等排除1#板換中草酸，除垢過程結(jié)束。

圖5 板式換熱器除垢原理示意圖

4 配電控制系統(tǒng)

空壓機(jī)余熱利用配電控制系統(tǒng)由水泵房控制柜和現(xiàn)場儀表組成。系統(tǒng)采用西門子S7200系列PLC[4]，通過串口與觸摸屏連接，實現(xiàn)水泵、閥門的就地手動控制和遠(yuǎn)程自動控制，實現(xiàn)無人值守自動恒壓供水，通過觸摸屏實時監(jiān)控機(jī)房設(shè)備的運行情況，且具有電量、水量、熱量計量功能。

5 應(yīng)用效果分析

在未啟用空壓機(jī)余熱回收機(jī)組時，空壓機(jī)各參數(shù)如表1所示。

表1 空壓機(jī)實時參數(shù)表

在啟用空壓機(jī)余熱回收機(jī)組后，空壓機(jī)各參數(shù)及熱水制備情況如表2所示。

表2 空壓機(jī)、余熱回收機(jī)組實時參數(shù)表

綜上數(shù)據(jù)顯示，空壓機(jī)余熱回收機(jī)組的運行對空壓機(jī)運行不但無影響，反而提高了空壓機(jī)運行效率，且制備的熱水滿足了三水溝風(fēng)井場地工人洗浴和建筑保暖需求，同時該技術(shù)可靠，運行費用低，維護(hù)量小，運行效果良好。

6 結(jié)束語

空壓機(jī)余熱回收機(jī)組及余熱回收系統(tǒng)正在晉煤集團(tuán)推廣，既節(jié)能又環(huán)保，并創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且提高了煤礦企業(yè)節(jié)能減排指標(biāo)，是建設(shè)綠色礦山的重要條件之一，具有廣闊的發(fā)展空間。