礦用空壓機余熱高效回收利用技術與應用

戴立明，王正

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礦用空壓機余熱高效回收利用技術與應用

戴立明1，王正2

（1.江陰市華西和林礦業有限公司，江蘇 無錫 214400；2.江陰華西鋼鐵有限公司，江蘇 無錫 214420）

空壓機余熱回收系統在洗浴供熱過程中存在散熱量大、熱量供應不穩定、換熱效率低、維護保養超員等問題，通過對原始的空壓機余熱系統進行改進，采取了增設智能控制系統，安裝雙蓄能水箱和保溫池，使用采用特殊材質制成的超導液換熱器，備用一套二次換熱設備等設計方案。改進后，換熱效率大大增加，實現了連續不間斷供熱。智能化系統的植入，自動空壓機實現了自動啟停、自動除垢、自動轉換等功能，實現了減員增效。

空壓機；余熱；回收利用；換熱

空壓機是一種常用的礦用設備，其運行時會產生很大的熱量，所以，空壓機都配備了散熱系統，用來降低溫度，保持穩定。傳統的散熱系統會將散熱過程中的熱量散發到空氣中，使周圍溫度升高，還不能加以利用。其余熱量如果能被合理回收，將會帶來很大的經濟利益，這些熱量被回收后完全可以作為職工洗浴、取暖、烘干等生活熱源。空壓機散熱產生的熱源溫度高，熱量完全滿足使用需求；供熱時間長，完全滿足設計要求[1]。對空壓機余熱的回收方案進行了細致分析，將其回收利用后，可以達到減少排放、節省能源，增加經濟效益的目標。

1 余熱回收系統的工作原理

螺桿泵空壓機在運轉過程中，會不斷壓縮空氣和潤滑油，這樣就會使潤滑油的溫度升高，溫度較高的潤滑油通過換熱裝置進行換熱，換熱冷卻后繼續循環進入潤滑系統。熱交換后，被加熱的介質再與冷水進行二次換熱，將冷水升溫變為熱水用于洗浴。之所以采用二次熱交換，是因為洗浴用水中含有污垢，污垢沉淀會影響潤滑油散熱，而造成空壓機故障和損傷[2]。目前，二次熱交換效率很低，無法實現余熱回收系統參數的自動控制，所以無法完成余熱回收系統的自動化監控，這兩個難題有待解決。

2 余熱回收系統存在的問題

2.1 換熱工藝問題

2.1.1 散熱量遠大于洗浴用熱總量

安裝3臺250 kW的空壓機，其中2臺運行、1臺備用計算，空壓機85%的壓縮能轉換為熱能，通過余熱回收系統，經熱交換后可回收75%的熱量，每千瓦時電量做功生熱為3 500 kJ，通過計算每天回收熱量為180 kJ左右。礦井工作人員為500人，需要洗浴的人員為300人左右，每人洗浴一次使用200 L水，進水溫度為10 ℃，換熱后預達到40 ℃，再去掉20%的能量損失，每天洗浴用水需要的熱量為110 kJ左右。這樣會產生70 kJ的多余熱量，如果這部分熱量不加以控制，全部用于洗浴，人體將不能承受如此高溫的洗浴用水，所以多余的熱量必須采取措施處理掉。

2.1.2 熱量回收率低

與其他礦的余熱回收系統相比較可知，換熱材料的選取不當，水垢清理工序復雜，處理工藝煩瑣，處理時間長，都會給洗浴用水的換熱造成很大的熱量損失。

2.2 系統管理人員數量少

根據現代化礦井運行理念要求，在保證礦井正常運營的情況下，礦井工作人員不得超過500人。致使管理、維修和保養余熱回收系統的人員較少，而以目前的運行狀態，管理和維修保養人員的減少導致系統運行困難，因此必須提高余熱回收系統操作人員管理和維修保養水平，這樣才能達到減員增效的目標。

3 解決方案

3.1 安裝設計智能控制系統

在原來的散熱系統基礎上安裝設計智能控制系統，解決散熱量遠大于洗浴用熱總量的問題。在原始的散熱工藝設備不變的情況下，安裝自動控制閥門解決高溫潤滑油的冷卻和再循環的問題。通過自動控制系統的智能識別，當洗浴溫度達到使用要求時，系統自動控制閥門，使高溫潤滑油進入原來的散熱系統，確保洗浴溫度的穩定性。

3.2 增設浴室熱水保溫池和雙蓄能水箱

增設浴室熱水保溫池和雙蓄能水箱來解決間斷性供熱的問題。雙蓄能水箱是指一個水箱加滿足夠熱量的洗浴用水之后，就可以穩定地向浴室噴頭供水，同時向另一個水箱加入換熱水，兩個水箱交換使用，這樣可以保證空壓機在沒有工作的情況下，浴室內也能有一定的熱水可以使用，保證了熱水供應的連續性。

3.3 采用特殊材質的超導液換熱器

采用特殊材質的超導液換熱器；二次換熱設備使用兩套，其中一套備用；安裝水軟化系統降低水垢的產生，這樣就可以解決除垢降效的問題。采用特殊材質的超導液換熱器，使潤滑油與超導介質的換熱迅速完成，換熱效率大大提升，在二次換熱系統入口安裝硅磷晶和軟化水系統，使進水產生的污垢大大減少，降低了除垢的頻率，同時二次換熱不再受污垢阻熱的影響，增大了二次換熱效率。二次換熱設備使用兩套，當一套設備出現故障需要保養和維護時，啟用另一套，保證了洗浴用水的不間斷。

設計智能控制系統，提高操作效率，減少操作崗位。使用溫度、壓力、液位變送器安裝在空壓機控制和余熱回收系統的檢測和控制節點，并使用編程控制器接收和處理變送器傳遞的控制信息，對開關、閥門等元件進行開啟、關閉、調整等動作進行智能化管理，實現系統的自動調節水位、除垢切換、故障檢測切換、溫度調節控制等智能化操作。這樣整個余熱回收系統的維護和管理就不再需要太多的專職人員。改造后的余熱回收系統如圖1所示。

4 應用效果分析

余熱回收系統改造完成后正式投入使用，礦內員工大約500人，每班洗浴人員200人左右，即使礦用風量減少，空壓機使用率下降50%的情況下，改造后的空壓機余熱回收系統也能滿足洗浴需求，噴頭出水溫度達到40 ℃以上，完全符合使用要求。經長達6個月的連續使用，余熱回收系統的各個設施和系統運行狀態完全正常，還未出現故障和檢修事件。因為智能化系統的植入，系統的各類信息數據和設備的工作參數都被系統實時記錄，并完整保存，除了一些巡查和保養工作外，不再需要更多的值守人員，實現了減員增效。 若采用改進前的余熱回收系統，無法實現洗浴用水的連續供應，有時還需要燃煤鍋爐的輔助供熱，而且需要大量的工作人員對設備進行維護，對水垢進行清理。改造后的余熱回收系統的使用，使每年的人工費、維修費、水垢清理費至少節省80萬元左右。

圖1 改良后的余熱回收系統

5 結束語

空壓機是礦產行業重要的生產設備，其工作時會產生巨大的熱量，為保證空壓機的正常運轉，使用散熱系統將這些熱量散發，而起到冷卻作用。這些熱量的散發給周圍的工作環境帶來了極大的不便，也是對熱能資源的一種浪費，因此將其余熱量回收應用于礦內洗浴用水的供熱。本文在原始的余熱回收系統基礎上進行了進一步改進，改進后，使換熱效率大大增加；完成了連續不間斷洗浴用水供熱。智能化系統的植入，實現了自動空壓機的自動啟停、自動除垢、自動轉換等功能，還能夠做到減員增效，不僅節能環保，還帶來了巨大的經濟效益。

［1］王春，肖涌洪，張晏銘.礦用空壓機余熱高效回收利用技術與應用［J］.煤炭科學技術，2015，43（1）：36，142-144.

［2］鄧澤民，羅景輝，程艷.螺桿式空壓機熱回收方式及其系統分析［J］.節能，2015，34（6）：2，9-11.

2095－6835（2018）23－0158－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.158

〔編輯：嚴麗琴〕