壓風(fēng)機(jī)與余熱利用系統(tǒng)的實(shí)踐

李艷良

（山西霍寶干河煤礦有限公司計(jì)劃企管部，山西 霍州 031400）

1 問題的提出

山西霍寶干河煤礦現(xiàn)有3 臺(tái)燃煤采暖鍋爐，額定產(chǎn)汽量：一臺(tái)10t/h，兩臺(tái)6.5t/h。冬季只需運(yùn)行兩臺(tái)鍋爐即可滿足采暖需求，即礦冬季蒸汽最大需求量為13t/h 左右。總供熱負(fù)荷最大量約為8782kW。依據(jù)2015 年山西省關(guān)于《山西省大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案》的相關(guān)通知要求，霍寶干河煤礦3 臺(tái)鍋爐均需在2016 年進(jìn)行全部淘汰。

為解決燃煤鍋爐淘汰后的供熱問題，霍寶干河煤礦經(jīng)過多次實(shí)際考察討論，決定對(duì)壓風(fēng)機(jī)房壓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的富裕熱量進(jìn)行利用，安裝壓風(fēng)機(jī)余熱利用裝置為澡堂及烘干室提供熱量。

2 壓風(fēng)機(jī)余熱利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)條件分析

目前霍寶干河煤礦壓風(fēng)機(jī)房安裝4 臺(tái)柳州富達(dá)機(jī)械有限公司生產(chǎn)的LU355W-8 型螺桿式壓風(fēng)機(jī)，額定工作壓力0.8MPa，額定流量62m3/min，功率355kW，啟動(dòng)方式為直接啟動(dòng)，其中3 臺(tái)工作，1臺(tái)備用。壓風(fēng)機(jī)房外安裝兩臺(tái)DBNL3-100T 型冷卻水塔（1 臺(tái)工作，1 臺(tái)備用）。壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口直徑為150mm，通過副井筒一趟直徑為250mm 的管路向井下供風(fēng)。

2.2 壓風(fēng)機(jī)余熱利用系統(tǒng)方案

霍寶干河煤礦為實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)余熱的有效利用，解決礦井供熱問題，在壓風(fēng)機(jī)房內(nèi)安裝LXK3-350型空壓機(jī)熱水機(jī)4 臺(tái)，在壓風(fēng)機(jī)房西側(cè)和鍋爐房二層各安裝150t 保溫水箱1 個(gè)，在烘干室安裝板式換熱器和熱風(fēng)柜2 套，在加壓泵房安裝硅磷晶軟化裝置1 套，各系統(tǒng)之間使用鍍鋅鋼管連接，如圖1 所示。

圖1 余熱利用系統(tǒng)設(shè)備布置圖

壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，熱回收設(shè)備回收壓風(fēng)機(jī)熱能，壓風(fēng)機(jī)停止時(shí)關(guān)閉供水系統(tǒng)，自動(dòng)停止換熱，熱交換量會(huì)自動(dòng)達(dá)到平衡，運(yùn)行溫度恒定，壓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生多少熱量，熱水機(jī)就回收多少熱量。當(dāng)熱量無法用完時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)原有散熱系統(tǒng)給空壓機(jī)設(shè)備降溫，使空壓機(jī)溫度恒定在75~95℃之間。最終將壓風(fēng)機(jī)余熱產(chǎn)生的熱水，先進(jìn)入衣服烘干房的烘干系統(tǒng)，再進(jìn)入熱水保溫水箱，供職工洗澡，實(shí)現(xiàn)了壓風(fēng)機(jī)余熱的充分利用，解決了礦井供熱問題。壓風(fēng)機(jī)余熱利用裝置工作原理如圖2 所示。

圖2 壓風(fēng)機(jī)余熱利用裝置工作示意圖

該余熱利用裝置采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)。采用光纖傳輸，可顯示控制水溫、水壓、流量、水泵工作狀態(tài)、保溫水箱液位、熱交換機(jī)工作狀態(tài)、壓風(fēng)機(jī)進(jìn)油溫度、出油溫度，并生成報(bào)表。自動(dòng)化控制系統(tǒng)原理如圖3 所示。

圖3 余熱交換器控制原理圖

3 壓風(fēng)機(jī)余熱利用系統(tǒng)的核心技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)分析

（1）實(shí)現(xiàn)兩者的互補(bǔ)高效利用。霍寶干河煤礦本次改造結(jié)合本礦實(shí)際情況，在不影響壓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，利用壓風(fēng)機(jī)余熱利用裝置高效的熱量轉(zhuǎn)換，使壓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量得到充分利用。項(xiàng)目實(shí)施后通過熱量轉(zhuǎn)換降低了壓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中自身的溫度，提高了壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，延長了設(shè)備的使用壽命。壓風(fēng)機(jī)與余熱利用裝置實(shí)現(xiàn)了互補(bǔ)高效利用，既保證了礦井正常生產(chǎn)供風(fēng)，又解決了工業(yè)廣場的供熱問題。

（2）選用具有先進(jìn)技術(shù)水平的高效螺桿式壓風(fēng)機(jī)。螺桿式壓風(fēng)機(jī)是容積式壓縮機(jī)的一種，空氣的壓縮是靠置于機(jī)殼內(nèi)互相平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子的齒槽容積變化來完成的。轉(zhuǎn)子在與它精密配合的機(jī)殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)使轉(zhuǎn)子齒槽之間的氣體不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化而沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)推向排除側(cè)，完成吸入、壓縮、排氣三個(gè)工作過程。該壓風(fēng)機(jī)具有優(yōu)良的可靠性能，機(jī)組質(zhì)量輕、振動(dòng)小、噪聲低、操作方便、易損件少、運(yùn)行效率高。

（3）安全第一，兩套系統(tǒng)互為備用。為保證工業(yè)廣場的正常供熱，保證職工的基本生活需要，烘干房的水泵、板式換熱器、熱風(fēng)柜均采用一用一備，設(shè)備檢修不影響衣服烘干。水溫調(diào)節(jié)器采用一用一備2 臺(tái)機(jī)，設(shè)備檢修不影響員工洗澡。原有的洗澡系統(tǒng)與新增空壓機(jī)熱水系統(tǒng)為并聯(lián)模式，可以隨時(shí)切換，不會(huì)影響正常使用。原有的烘干衣服系統(tǒng)單獨(dú)配置，互不干擾，單獨(dú)使用，任何一方出現(xiàn)問題均不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)。

（4）空壓機(jī)熱水機(jī)配自動(dòng)干燒除垢功能，通過壓縮空氣把換熱器的水吹出到水箱，換熱器管壁沒有水受熱，水垢與管的熱脹冷縮系數(shù)不同，水垢開裂脫落，達(dá)到除垢目的。除垢系統(tǒng)可設(shè)定除垢時(shí)間和間隔時(shí)間。先進(jìn)的全自動(dòng)水垢清洗裝置自動(dòng)清洗空壓機(jī)熱水機(jī)內(nèi)部的水垢，使空壓機(jī)熱水機(jī)的使用壽命延長。

（5）空壓機(jī)熱水系統(tǒng)增加切換裝置，系統(tǒng)維修或不用空壓機(jī)熱水機(jī)時(shí)可把油路手動(dòng)切換到原有的空壓機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)狀態(tài)，而不至于影響空壓機(jī)及熱水機(jī)的維修使用。

（6）壓風(fēng)機(jī)和熱水機(jī)油管氣管連接均安裝減振的金屬軟管，降低設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中因溫度變化造成的水流及氣流變化對(duì)管路造成的沖擊，提高管路的使用壽命，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全可靠性。

4 效益分析

（1）霍寶干河煤礦需要的蒸汽量為26.6t/d，按照山西省臨汾市蒸汽價(jià)格工業(yè)用汽120 元/t 計(jì)算，節(jié)省費(fèi)用3192 元/d，全年按365d 計(jì)算，每年可節(jié)省費(fèi)用116.5 萬元。350kW 空壓機(jī)散熱風(fēng)扇約為12kW，同時(shí)運(yùn)行2 臺(tái)空壓機(jī)的散熱風(fēng)扇總功率為24kW，改造后可節(jié)約90%以上的電費(fèi)約11.3 萬元。兩項(xiàng)合計(jì)年節(jié)約費(fèi)用127.8 萬元。

（2）根據(jù)方案設(shè)計(jì)，除幾臺(tái)水泵外，該項(xiàng)目基本沒有負(fù)荷，后期運(yùn)行費(fèi)用很低，不需要安排專門人員進(jìn)行控制，節(jié)省了人工監(jiān)控費(fèi)用。

（3）壓風(fēng)機(jī)余熱利用系統(tǒng)基本的設(shè)備組件均為機(jī)械組件，每天只需正常檢查，維護(hù)費(fèi)用很低，同時(shí)安裝自動(dòng)水垢清洗裝置，自動(dòng)清洗空壓機(jī)熱水機(jī)內(nèi)部的水垢，使空壓機(jī)熱水機(jī)的使用壽命延長。

（4）壓風(fēng)機(jī)余熱利用既解決了長期困擾霍寶干河煤礦燃煤鍋爐造成的環(huán)境污染問題，又通過回收本來廢棄不用的工業(yè)余熱進(jìn)行集中供熱，節(jié)約一次能源，提高經(jīng)濟(jì)效益和減少污染達(dá)到了節(jié)支降耗的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了壓風(fēng)機(jī)節(jié)能、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。