空氣壓縮機余熱再利用的研究與應用

包喆　尹貽輝　肖偉杰

摘 要：空氣壓縮機，簡稱空壓機，在礦山應用較為廣泛，主要用于井下采礦作業使用。在空壓機運行過程中會產生大量的余熱散失浪費的情況。本文作者結合國內某大型地下金礦生產實際情況，提出一種余熱回收利用方案，將回收的空壓機余熱用于加熱下井礦工洗浴用水。通過該技術方案的實施，以及改造前后的經濟指標比較，該方案不僅改善空壓機運行狀況，降低空壓機運行溫度，并且合理利用余熱，節約能源。

關鍵詞：空氣壓縮機；余熱再利用；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.187

0 前言

空氣壓縮機，簡稱空壓機，是把大氣壓力的空氣壓縮為較高壓力的空氣，在礦山應用較為廣泛，主要用于井下采礦作業供風使用。空壓機是將電能轉換為機械能，又將機械能轉換為氣壓能。

空壓機在工作過程中將常壓空氣進行高壓壓縮，在此過程中將有大量的熱量散發，此熱量主要來源于空氣壓縮做功發熱以及螺桿在缸內高速旋轉運動產生的熱量。據有關能源單位統計，空壓機真正用于壓縮空氣的電能只占總耗電量的20%左右，其余80%都轉換為以上熱量隨機體、風扇散發到周圍空氣中。如果可以將這部分損失的熱量通過技術手段結合企業實際情況加以利用，這便可以變廢為寶，達到節能減排要求。

1 研究背景

三山島金礦是山東黃金集團旗下主要黃金礦山之一，是中國100家最大有色金屬礦采選業企業之一，也是目前全國機械化程度最高的地下開采黃金礦山。礦山下設西山、新立、曹家埠三個礦區，目前生產能力13000噸/日。

該礦新立礦區新職工浴室2014年投運，新建職工浴室為一座五層建筑，可同時容納200人洗浴。為了避免使用火力加熱，節能降耗，減少有害氣體排放，原浴室取消鍋爐燃煤加熱，采用120KW電加熱器供熱方式。然而電加熱方式運行成本較大，加熱速度較慢，不能滿足浴室用水。

2 改造方案

本文作者通過研究、論證，決定對該礦在用的一臺350KW英格索蘭螺桿式空壓機進行改造，通過將余熱加以回收來為新立職工浴室提供生活熱水。

（1）技術人員首先進行空壓機余熱回收分析計算。根據理論分析，空壓機在工作狀態下自身消耗熱能主要有一下幾個方面：空壓機馬達消耗的熱量約占總熱量的9%，空壓機機殼散熱2%左右，在壓縮空氣過程中消耗熱量5%，空氣冷卻器損失的熱量占12%，因此，在空壓機運行狀態下損失熱能約28%，可回收余熱72%左右。單臺350KW空壓機熱能回收（不計負載率）

Q= CmΔT=350KW*72%*860Kcal/1000Kcal/55℃

=3.9T/H

其中：860Kcal為空壓機每KW輸入功率回收的理論值，55攝氏度表示從將水從5℃加熱至60℃的溫升，在夏季溫升更小，理論回收的熱能將大于3.9。

以我礦新立礦區浴室預計儲水箱20T計算，根據每臺空壓機余熱回收效益3.9T/H，將儲水箱內水加熱至60°約需要5小時，估計每人洗浴用熱水50L計算，20T=20000L，一箱水可滿足400人洗浴，因此每天加熱5小時可滿足用水需求。

（2）具體實施方案。根據以上分析計算，我們選用國產英格索蘭專用熱能轉換裝置，通過對空壓機進行改造，使空壓機油余熱通過熱能轉換器將冷水加熱至設定溫度，通過管道接入浴室。

為了提供足量的熱水，我們在空壓機房外新增設兩個儲水箱，一個用來循環冷熱水，一個用來儲存熱水。在水箱中安裝水位感應器及電磁閥，當水位低于設定值時，電磁閥開啟進行補水加熱；當水位達到設定高水位時停止換熱。循環水箱的水通過水泵輸送到熱能轉換器中進行加熱，加熱后在送回循環水箱，如此不斷往復循環。當循環水箱內水溫達到設定值時，熱水輸送泵開啟，將循環水箱內的熱水輸送到保溫水箱中存放保溫。保溫水箱通過管路與浴室熱水管路連接。施工示意圖如圖1所示。

3 效果及效益分析

利用空壓機余熱回收作為熱源與燃煤鍋爐或電加熱方式相比，節約能源，減少有害氣體排放，沒有污染，一旦設備安裝投入使用，只要空壓機運行便可提供充足的熱水使用。

另外，通過回收空壓機浪費的熱量，可以使設備本體溫度得到有效降低，提高設備運轉效率，實現設備經濟運行。螺桿式空壓機的產氣量會隨著機組運行溫度的升高而降低，余熱回收裝置足可以使空壓機溫度降8-12℃，效率提高10%，為此它的經濟效益就更為顯著了。

經濟效益分析：

本成果安裝成本：新建兩個20T水箱，費用約20萬；空壓機余熱回收裝置投資18萬元，安裝輸送管路投資約8萬元，該成果總投資46萬元左右。

該礦區浴室供水原加熱裝置不計投入成本

運行成本費用=加熱器功率*每天使用時間*365天*當地平均電價

=120KW*15H*365*0.8元/KW.H

=52.56萬元

按照投入產出計算，該成果不到一年時間便可收回成本。投用后每年可節約電費50余萬元。

4 結論

本改造項目專業系統回收我礦空壓機熱能，產生巨大的能源節約效益，降低生產成本，增加企業效益，是一項值得廣泛應用的技術改造。同時，該項目的應用不僅為礦山提供了一種可行成熟的方案，也為空壓機余熱利用在其他行業的節能改造提供了可以借鑒的途徑。

參考文獻：

[1]岑曦.空氣壓縮機熱能回收系統的開發[D].上海：上海交通大學，2010.

[2]煤礦空壓機余熱利用節能技術的研究與應用[J].科技視界，013（01）.