礦井壓風機余熱利用系統節能自動化研究與改進

齊偉杰 常新磊

摘 要：目前壓風機余熱利用系統現在煤礦地面壓風機房應用已經十分廣泛，本文闡述的節能自動化改造，主要是在余熱利用系統的基礎上，綜合壓風機原有的冷卻水系統，使余熱利用系統和壓風機原冷卻水系統能自動切換，在保證壓風機安全運行的前提下，大大提高壓風機余熱利用效率，同時提高制冷系統冷水利用率，達到節能降耗目的。

關鍵詞：壓風機余熱利用;節能;冷卻;自動切換

Abstract：At present，the waste heat utilization system of compressor fan has been widely used in the ground compressor fan room of coal mine.The energy-saving automation transformation described in this paper is mainly based on the waste heat utilization system，which integrates the original cooling water system of compressor fan，so that the waste heat utilization system and the original cooling water system of compressor fan can be automatically switched over and the pressure can be greatly increased on the premise of ensuring the safe operation of compressor fan.The waste heat utilization efficiency of the fan can save energy and reduce consumption.

Key words：Waste Heat Utilization of Pressure Fan energy conservation cooling Automatic switching

一、概述

壓風機是煤礦生產中重要的大型固定設備，主要為礦井上下提供動力風源和礦井壓風自救系統中的供風風源。十一礦礦院內壓風機房，現安裝有8臺噴油螺桿式壓風機，其工作原理主要為通過陰陽轉子，壓縮油氣混合物，提高風壓，由于油脂不斷的壓縮，造成油溫較高，一般都在90攝氏度左右，因此壓風機自身安裝有一套冷卻系統，通過循環水泵（75KW），不斷的把冷卻水流經壓風機的冷卻器，到達降低壓風機油溫及排氣溫度的效果。我礦壓風機房于2015年安裝壓風機余熱利用系統，安裝壓風機熱回收系統8臺，余熱利用系統通過吸收壓縮機油的熱量，達到提高水溫，給職工澡堂提供熱水，同時通過吸收壓風機油的熱量，起到降低油溫效果;該套系統可以實現水溫、水位的自動控制，其系統流程圖如下：

目前該系統運行正常，但是在日常使用中，該系統存在以下兩方面問題：

（1）該系統供水為自來水，我礦自來水供水不穩定，經常斷水，一旦斷水，余熱利用系統會停止工作，會造成壓風機油溫和排氣溫度超溫停機，為了防止壓風機超溫停機，壓風機自身的冷卻系統仍需連續使用。

（2）壓風機余熱利用系統在澡堂用水高峰時，產生熱水量不夠，還需通過補氣提高水溫，在澡堂用水低峰時，產生熱水多，當熱水箱水為達到設定位置時，余熱利用系統停止工作。這造成余熱利用系統利用率降低，壓風機熱量形成浪費。

（3）壓風機冷卻系統與余熱利用系統同時使用，降低了余熱利用系統的使用效率。因壓風機冷卻系統已經對壓風機油溫進行一次冷卻，壓風機油經過余熱理由系統時溫度已經被降低，所以余熱利用系統不能全部吸收壓風機油的熱量，造成不必要的浪費。

二、研究與改進方案

本著節能降耗，增加效益的目的，對壓風機冷卻系統及余熱利用系統進行節能自動化研究改進，改造后，提高余熱利用系統的使用效率，在保證壓風機安全運行的情況下，達到節能降耗效果，同時極大延長了壓風機冷卻器的使用壽命，降低了壓風機的維護成本及維護量，并且能在不停止壓風機運行的同時，檢修壓風機的冷卻水池及冷卻塔機組及管路等，產生了極大的經濟效益及社會效益。主要研究與改進內容如下：

（1）首先對余熱利用系統供水進行改造，不直接使用自來水供水。把自來水現引入原水池（80立方米），原水池內的水，通過余熱利用系統的循環水泵，把原水池內的冷水注入熱回收機組，吸收壓風機油的熱量，在降低壓風機溫度同時達到產生熱水的效果。

（2）在原水池安裝水位控制器和電動閥門，當水位低于設定下限值時（1.5米），打開電動閥門，向原水池內注水，當水位高于設定上限值時（2.3米）關閉電動閥門，不再向原水池內注水。

（3）把熱水箱的水位上限保護（2.2米）拆除，使熱回收系統可以不間斷運行。同時，在熱水箱的溢流孔位置加裝溢流管，把溢流出的熱水，排入溢流水池。

（4）在溢流池內加裝兩臺2.2KW水泵及水位控制器，當溢流池水位達到設定高度時，自動開啟水泵，把溢流池內水排入原水池，重新進入熱循環系統，達到閉環循環。

（5）為了防止夏季及用水低谷期特殊情況下，造成余熱利用系統產生熱水注滿熱水箱，溢流池及原水池。安裝時間繼電器和接觸器，當原水池內水位，達到設定極限位置時（2.5米），啟動壓風機自身冷卻系統，余熱利用系統延時5分鐘停止運行。當熱水箱內水位，達到下限位置時（1.6米），啟動余熱利用系統，壓風機自身冷卻系統延時5分鐘停止運行。

（6）為了保證壓風機的安全運行，在余熱利用系統的循環水泵前方加裝一個水泵機械壓力開關。在余熱利用系統不能正常使用時，可以發出報警，并啟動壓風機原先冷卻系統，保證了壓風機的安全運行。

該系統的節能自動化改造，主要工程量如下;

（1）安裝2臺2.2KW 水泵，一備一用，能自動切換運行。

（2）鋪設4寸管子100米，2寸管子50米，4寸閘閥2個，2寸閘閥2個。

（3）安裝水位控制系統2套（水位控制器2套，時間繼電器2個，380V交流接觸器2個）。

（4）水泵壓力開關一個，報警器一套，380V交流接觸器1個。

壓風機余熱利用系統節能自動化改造后系統示意圖如下：

三、改造后效果及效益分析

通過本次壓風機余熱利用系統節能自動化的改造，可以把壓風機原有的冷卻系統關閉，單獨用余熱利用系統就可以達到降低壓風機溫度的目的，不但有效保證了壓風機的安全運行，同時，余熱利用系統能夠充分吸收壓風機運行期間產生的熱量，使余熱利用系統產生的熱水量增加，保證了澡堂的熱水供應，降低了澡堂用水需要二次加熱的頻率，從而充分發揮余熱利用系統節能降耗的作用。

本次改造具有極大的經濟和社會效益，主要表現如下：

（一）經濟效益

（1）每年節省冷卻器3臺，每臺冷卻器價格為35000，每年節約配件支出為35000*3=10.5萬元。

（2）每年節省人工費用為120*100=1.2萬元。

（3）每年節省電費為（1101+248）*365*1=49.5萬（工業用電價格按每度一元計算），壓風機冷卻水泵功率為75KW，由于壓風機需要不間斷的供應冷卻水，所以壓風機運行中，冷卻水泵為連續運轉設備，每天須耗費極大的電能，每天耗電量為KWh=UI*COS*1.732/1000=380*82*0.85*1.732*24/1000=1101KWh;壓風機冷卻塔風機也為連續運轉設備，電機功率為15KW，在滿載情況下每天用電量為380*18.5*0.85*1732*24/1000=248KWh，改造后這兩臺設備都可以停止運行，達到節能降耗目的。

（4）投入兩臺2.2KW水泵、一套水位控制器、管子等設備，成本約為5000元。

（5）每年經濟效益總額為10.5+1.2+49.5-0.5=60.7萬元。

（二）社會效益

（1）到達了充分節能降耗的目的，改造后，余熱利用系統產生的熱水量比以前多而且穩定，減少了澡堂向水池打氣加熱水溫的勞動量，充分利用了壓風機運轉中產生的熱量;

（2）減少了壓風機維護量，降低了職工在維護，更換壓風機冷卻器環節中意外傷害的風險。

（3）可以實現不停止壓風機運行的情況下，對壓風機冷卻水池。冷卻塔等冷卻系統進行維護，為礦井創造了效益。

通過本次壓風機余熱利用系統的節能自動化改造，不僅保證的壓風機的安全運行，還有極大的社會和經濟效益。目前很多礦都安裝有余熱利用系統，這一改造可以進行大力推廣。

參考文獻：

[1]余熱回收的原理和設計.哈爾濱工業大學出版社.

[2]余熱回收手冊.中南工業大學出版社.

[3]煤礦電工手冊.煤炭工業出版社.

作者簡介：齊偉杰，男，2008年7月畢業于河南大學測控技術與儀器專業，2008年8月參加工作;常新磊，男，2010年7月畢業于河南理工大學機械設計制造自動化專業，2010年8月參加工作。