煤礦風井場地空壓機余熱回收制備洗浴熱水的應用

范 愷

（山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司寺河煤礦，山西 晉城 048000）

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

1 場地現狀及條件

1.1 現狀

寺河礦三水溝風井場地距離礦工業廠區較遠，且因場地面積的限制，未能建設集中供暖設施，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烈的問題。

1.2 條件

寺河礦三水溝風井場地有4臺LS25S-300H型螺桿空壓機，輸入功率224kW，3臺24h持續運行1臺備用，冷卻方式為風冷。空壓機長期連續運行過程中產生的大量高溫熱能（約440kW）排放到大氣中，溫度通常在90℃（冬春季）～105℃（夏秋季）。三水溝風井場地制取職工洗浴熱水僅需要150kW的供熱負荷，職工宿舍供暖需要約300kW的供熱負荷。

2 技術關鍵點及路線

2.1 空壓機余熱回收系統工藝設備匹配

（1）確定空壓機余熱回收機組換熱面積，以保證換熱的充分；

（2）空壓機余熱回收機組流道結構設計，以減少對空壓機油路增加的阻力；

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

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

2.2 空壓機余熱回收自動控制系統

（1）自控系統確保空壓機油溫，以保證空壓機的穩定運行；

（2）余熱回收利用系統停止回收余熱時，應及時切換至空壓機原空冷散熱器散熱狀態。

2.3 技術路線

（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，將每臺空壓機潤滑油引至配套余熱回收機組，通過余熱回收機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，二次熱水進入蓄熱水箱。

圖1 空壓機余熱回收利用技術路線圖

3 工作原理

3.1 余熱回收機組原理

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

圖2 空壓機余熱回收機組原理示意圖

3.2 空壓機油路工作原理

如圖3所示，原油路循環為圖中框中實線，改造后F4關閉，F1打開，油進入余熱回收機組，油在余熱回收機組中將熱量釋放給水，溫度降低，經過F5、F3進入空壓機進口處，最終進入空壓機。當洗浴熱水溫度已達到設計溫度，油中熱量則無法釋放，從而經三通閥F5，經F2進入原空壓機空氣冷卻器，通過冷卻器進行降溫，從而保證空壓機的穩定運行[2]。

3.3 洗浴熱水制備原理

空壓機余熱回收機組熱水（約65℃）進入板式換熱器，在板式換熱器中將熱量置換給二次水，二次水進入水箱，如此不斷循環，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，洗浴熱水到設定水位時，補水電動閥打開，進行補水，補至設定液位，溫度傳感器監測到水箱內溫度低于設定溫度后，再次開始循環加熱[4]。圖4所示為洗浴熱水制備原理示意圖。

圖3 空壓機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，除垢水箱內裝滿草酸等除垢劑，如對1#板式換熱器進行除垢，關閉閥門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行循環，循環一段時間即可達到除垢的效果[5]。除垢結束后，關閉F3與F6，通過板換過濾器等排除1#板換中草酸，除垢過程結束。

圖5 板式換熱器除垢原理示意圖

4 配電控制系統

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

5 應用效果分析

在未啟用空壓機余熱回收機組時，空壓機各參數如表1所示。

表1 空壓機實時參數表

在啟用空壓機余熱回收機組后，空壓機各參數及熱水制備情況如表2所示。

表2 空壓機、余熱回收機組實時參數表

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

6 結束語

空壓機余熱回收機組及余熱回收系統正在晉煤集團推廣，既節能又環保，并創造了可觀的經濟效益，而且提高了煤礦企業節能減排指標，是建設綠色礦山的重要條件之一，具有廣闊的發展空間。