螺桿式空壓機(jī)余熱回收在礦區(qū)供暖工程中的應(yīng)用

溫 超，楊世冬，潘 川

（山東黃金集團(tuán)蓬萊礦業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 265400）

空氣壓縮機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣壓能，廣泛應(yīng)用于礦山、冶金等行業(yè)，主要用于風(fēng)動(dòng)工具和氣力輸送等環(huán)節(jié)，螺桿式空壓機(jī)具有使用壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但螺桿空壓機(jī)在大功率能耗方面的實(shí)際運(yùn)行利用率較低，因此，加快螺桿式空壓機(jī)的循環(huán)利用，是提高企業(yè)空壓機(jī)使用效率，節(jié)省能耗和降低成本的關(guān)鍵。本文通過兩種空壓機(jī)的比對(duì)，分析螺桿式空壓機(jī)的應(yīng)用情況，為后續(xù)提供參考。

1 工程概況

蓬萊公司現(xiàn)有強(qiáng)家溝分礦、齊家溝分礦、候格莊分礦共三個(gè)生產(chǎn)礦區(qū)，各礦區(qū)采暖點(diǎn)包括辦公室、宿舍區(qū)、食堂、浴室、井口操作室等，冬季采暖現(xiàn)狀為空調(diào)+油汀電暖器設(shè)施。由于蓬萊公司3 個(gè)生產(chǎn)礦區(qū)地處分散，無法實(shí)現(xiàn)集中供暖，為了選用環(huán)保高效的供暖熱源對(duì)礦區(qū)建筑供暖，達(dá)到國(guó)家要求的環(huán)保、高效供暖效果，公司采用螺桿式空壓機(jī)余熱回收應(yīng)用供暖方案。

2 螺桿式空壓機(jī)余熱回收應(yīng)用供暖方案

2.1 基本情況介紹

普通螺桿式空壓機(jī)分為吸氣、壓縮、輸送、排氣四個(gè)環(huán)節(jié)，由進(jìn)出控制閥控制空壓機(jī)的吸氣量，但空壓機(jī)處于均速狀態(tài)下容易出現(xiàn)低效率運(yùn)行，造成大量資源浪費(fèi)，加快設(shè)備磨損。壓縮機(jī)的工作原理是將電能轉(zhuǎn)換為熱量，剩余熱量轉(zhuǎn)換為壓縮空氣能，能耗變成熱量壓縮后的油氣混合物分散至冷卻器中分散到空氣中，造成一定的熱能浪費(fèi)。螺桿式空壓機(jī)的交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電源頻率成正比，可改變空壓機(jī)的排氣量，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，螺桿式壓縮機(jī)利用運(yùn)行過程中的高熱熱能，傳遞壓縮機(jī)的余熱，降低壓縮機(jī)溫度，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.2 散熱器選擇

由于板翅式換熱器適用的壓力范圍比較窄，目前只適用于4.0MPa 以下的場(chǎng)合。下面列表比較其他三種換熱器：

表1 三種換熱器對(duì)比介紹

通過以上比對(duì)，螺桿式管式換熱器在實(shí)現(xiàn)充分換熱的同時(shí)還改變液體狀態(tài)，從而提高綜合換熱效率。

2.3 供暖熱量核算

（1）強(qiáng)家溝分礦：現(xiàn)有3 臺(tái)250KW 螺桿空壓機(jī)組和1臺(tái)110KW 螺桿空壓機(jī)組，正常生產(chǎn)時(shí)，只運(yùn)行250KW 螺桿空壓機(jī)組2 臺(tái)，每天具體運(yùn)行時(shí)間為7：00 到17:00，19：00～5:00，共計(jì)20 小時(shí)。按照1 臺(tái)250KW 空壓機(jī)熱量進(jìn)行回收（空壓機(jī)加載率為70%～80%，每天工作20 小時(shí)）,熱能回收機(jī)熱量吸收率為80%（對(duì)油氣熱量同時(shí)回收）。總共可以轉(zhuǎn)化成冬季供暖的功率為：140+24=164 千瓦×860 Kcal/h=141040Kcal。

經(jīng)過保溫處理并考慮熱量損失10%計(jì)算，可供暖氣片供暖的總功率為：147.6 千瓦。按照生活供暖加熱到23 攝氏度為例計(jì)算，每平方米面積所需供暖的功率為150W，總體供暖的面積約576 ㎡，需要熱量為86KW,由此核算滿足供暖要求。

供暖系統(tǒng)正常運(yùn)行供水溫度55℃，回水溫度45℃，溫差10℃，每小時(shí)產(chǎn)熱水量為14.1 噸。

（2）齊家溝分礦：齊家溝分礦現(xiàn)有的螺桿空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)間20 小時(shí)，由兩臺(tái)機(jī)器正常運(yùn)行，兩臺(tái)機(jī)器的熱能回收吸收率為80%，可提供暖氣片功率為129.88KW，每平方米的供熱功率為150W，總體供暖的面積約681 ㎡，需要熱量為102KW,由此核算滿足供暖要求，每小時(shí)產(chǎn)熱水量：12.4 噸。

（3）候格莊分礦：現(xiàn)有1 臺(tái)250KW 螺桿空壓機(jī)組和2臺(tái)110KW 螺桿空壓機(jī)組，正常生產(chǎn)時(shí)只運(yùn)行1 臺(tái)250KW 螺桿空壓機(jī)組或1 臺(tái)110KW 螺桿空壓機(jī)組，候格莊分礦現(xiàn)有1臺(tái)設(shè)備正常運(yùn)行，運(yùn)行20 小時(shí)產(chǎn)生的熱能吸收率為80%，可供暖氣片供暖64.95W，每平方米供暖功率為150W，總體供暖的面積約381 ㎡，供暖系統(tǒng)正常運(yùn)行供水溫度55℃，回水溫度45℃，溫差10℃，每小時(shí)產(chǎn)熱水量6.4 噸。

2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)。現(xiàn)根據(jù)用水量及空壓機(jī)的運(yùn)行情況，將強(qiáng)家溝分礦2 臺(tái)250KW 螺桿空壓機(jī)組、齊家溝分礦2 臺(tái)110KW 螺桿空壓機(jī)組、候格莊分礦1 臺(tái)250KW和1 臺(tái)110KW 螺桿式空壓機(jī)在機(jī)房安裝油氣熱能雙交換機(jī)組進(jìn)行余熱回收生產(chǎn)熱水。

（2）供暖系統(tǒng)。根據(jù)分礦實(shí)際情況，需增設(shè)一個(gè)10m3的循環(huán)水箱增加保溫并安裝兩套補(bǔ)水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)，自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)：10m3循環(huán)保溫水箱安裝2 臺(tái)TD80-13 熱水循環(huán)泵連接循環(huán)管道DN100 鍍鋅鋼管外包聚氨酯+玻璃絲布+瀝青漆保溫層連接到熱能轉(zhuǎn)換機(jī)進(jìn)行循環(huán)加熱，供暖系統(tǒng)設(shè)備詳見表2。

表2 供暖系統(tǒng)設(shè)備清單

3 投資概算

本方案設(shè)計(jì)3 個(gè)分礦采暖工程新增總投資估算為85.71萬元，其中：供熱主設(shè)備費(fèi)用36.9 萬元，輔助設(shè)備費(fèi)用2.6＊3=7.8 萬元，材料費(fèi)用9.67＊3=29.01 萬元，土建施工費(fèi)用0.5＊3=1.5 萬元，安裝施工費(fèi)用3.5＊3=10.5 萬元。

4 運(yùn)行費(fèi)用

按照平均電價(jià)：0.75 元/度，每年運(yùn)行120 天，每天24小時(shí)平穩(wěn)運(yùn)行，計(jì)算用戶的室內(nèi)溫度都按照標(biāo)準(zhǔn)要求溫度18°C 考慮，每年采暖期供暖運(yùn)行能源消耗費(fèi)用計(jì)算如下：

45kW/h＊3臺(tái)＊24h＊0.7＊120d＊0.75元/度=20.41萬元/a。

5 實(shí)際效果

直熱螺旋套管式余熱系統(tǒng)回收熱量效率高，空氣、潤(rùn)滑油的溫度回收效率可達(dá)80%，且空壓機(jī)運(yùn)行油溫降低了將近十幾個(gè)攝氏度，延長(zhǎng)了潤(rùn)滑油的使用壽命，熱水溫度可達(dá)65℃以上，供暖系統(tǒng)一次試車成功并投入運(yùn)行，室內(nèi)溫度可保持在23℃左右。

6 效益分析

（1）若采用空氣源熱泵供暖運(yùn)行費(fèi)用為20.41 元，若是空壓機(jī)余熱回收應(yīng)用+智能電加熱器方案正常生產(chǎn)時(shí)余熱回收供暖運(yùn)行電費(fèi)為0 成本，因此采用空壓機(jī)余熱回收供暖節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)為20.41 萬元/年。

（2）安裝空壓機(jī)轉(zhuǎn)換后，達(dá)到降低運(yùn)行溫度保障空壓機(jī)最佳運(yùn)行狀態(tài)，空壓機(jī)的產(chǎn)氣效率可以增加2%左右，也就是可以節(jié)省空壓機(jī)2%的耗電量，3個(gè)分礦共計(jì)3臺(tái)共250KW、3臺(tái)110kw空壓機(jī)節(jié)省費(fèi)用：（250×3+110×3）KW×2%×20h/天×140天/年×0.7元/kwh=42336元/年。

（3）安裝空壓機(jī)熱能轉(zhuǎn)換機(jī)后，耗材的使用周期可延長(zhǎng)35%左右，改造前空壓機(jī)機(jī)油、油過濾器、油氣分離器等的更換及清洗維保費(fèi)用為156000 萬元，改造后減少維保費(fèi)用為156000＊0.35=54600 元/年。

（4）空壓機(jī)熱能轉(zhuǎn)換機(jī)不僅制造0成本熱水供暖，在空壓機(jī)熱能轉(zhuǎn)換機(jī)運(yùn)行時(shí)空壓機(jī)排風(fēng)扇停止運(yùn)行，降低運(yùn)行費(fèi)用。6臺(tái)空壓機(jī)排風(fēng)扇（5.5＊6=33KW)每天開機(jī)24小時(shí)一年節(jié)能：33KW/臺(tái)×20h/天×0.7元/KWh×140天=64665元/年。

7 取得效益亮點(diǎn)

（1）安全衛(wèi)生方便。螺旋式管式換熱器在螺杄空壓機(jī)余熱回收供暖改造工程中與不燃煤蒸汽鍋爐比較，無一氧化碳、二氧化硫、黑煙和噪音、油污等對(duì)大氣環(huán)境的污染。

（2）提高空壓機(jī)的運(yùn)行效率。普通螺桿式空壓機(jī)變頻節(jié)能改造后，按照實(shí)際需要的排氣壓力運(yùn)轉(zhuǎn)，有效調(diào)節(jié)電機(jī)輸送功率，達(dá)到節(jié)能的目的，改造后的實(shí)際效果比改造前電能節(jié)省提高了20%，螺桿式管式換熱器在余熱回收改造后，將空壓機(jī)運(yùn)行溫度控制在85℃內(nèi)，螺桿空壓機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的氣體量會(huì)隨著機(jī)組運(yùn)行溫度逐漸上升，提高空壓機(jī)的運(yùn)行效率。

（3）降低了維修保養(yǎng)成本延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。螺桿空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行主要是對(duì)機(jī)油、電能、油氣分離器等器材的消耗，通過熱能改造后，將溫度控制在80-85℃之間，延長(zhǎng)機(jī)油的使用效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，空壓機(jī)通過空氣濾器吸入灰塵和雜質(zhì)，通過合運(yùn)動(dòng)改變主機(jī)的容量，完成空氣壓縮，尤其混合物通過排氣閥進(jìn)入油氣分離器，并各自輸送到冷卻器中，所產(chǎn)生的熱量通過油氣冷卻揮發(fā)到周圍空氣中，達(dá)到余熱回收的目的。

8 結(jié)束語

螺桿式空壓機(jī)技術(shù)是節(jié)約能源、提高設(shè)備運(yùn)行效率的關(guān)鍵技術(shù)，余熱回收玲改造空壓機(jī)自身空間，變廢為寶，減少污物的排放，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。