壓風機余熱回收系統在煤礦中的應用研究

劉斌

摘? ?要：礦井壓風機作為大型固定機械設備，通常需要在礦井建造過程中進行配套設計，其主要擔負著為主井、副井、運輸及采掘等礦井生產提供風源動力，在礦井生產中具有重要地位。由于地面壓風機排出的熱能無法進行有效回收利用，容易造成能源浪費，降低企業經濟效益。余熱回收系統的應用不僅能夠幫助壓風機降低油溫，而且能夠滿足礦井澡堂冷水加溫、集中供暖等需求，熱回收率在95%左右，具有一定的經濟意義。文章以某礦井為例，詳細介紹了壓風機余熱回收系統在煤礦中的應用情況，僅供參考。

關鍵詞：煤礦企業;壓風機;余熱回收系統

在煤礦生產過程中，壓風機的長時間高速運轉會產生大量的熱量，設備中的潤滑油能夠將這部分熱量帶出機體外，降低壓風機的溫度，確保運行狀態正常。潤滑油的溫度一般在80～100 ℃，生產單位會通過風冷或水冷的形式將這部分熱量排放到外部大氣中，壓風機所產生熱量的排放不僅會引起環境熱污染，而且會造成熱能的浪費。

1? ? 壓風機余熱回收系統概述

在煤礦生產系統中，壓風機作為大型機電設備，不僅能夠作為壓風自救系統的供風風源，而且能夠作為礦井巷道和采掘工作面的動力風源。本文以某礦井為例，該礦井為400萬噸級大型礦井，現安裝有8臺螺桿式壓風機，這些壓風機除了用作壓風自救系統用風和氮氣用風以外，還可以作為風動工具用供給井下采掘工作面。在設備運轉過程中，油脂的溫度經常保持在90 ℃左右，造成油溫較高的主要原因是油脂不斷的壓縮，所以冷卻系統是壓風機不可缺少的組成部分。冷卻系統通常利用75 kW的循環水泵向壓風機的冷卻器注入冷卻水流，讓冷卻水流帶走部分熱量，從而確保壓風機油溫大幅降低，使設備保持良好的運行性能。該礦井通過科學論證，決定將余熱回收系統應用到壓風系統中，余熱回收系統能夠將壓縮機油脂的熱量進行集中吸收，然后供給鍋爐房或職工澡堂，提高用水溫度。該系統還可以自動控制水溫和水位，實現節能降耗。另外余熱回收系統將大部分熱量吸收后，設備中的油溫大幅下降，減少了壓風機的高溫隱患。

2? ? 壓風機余熱回收系統常見的問題

（1）在煤礦生產單位，自來水用量普遍較大，而壓風機余熱回收系統也是通過自來水來維持運轉的。但大量的用水量常常造成斷水現象，不穩定的供水情況會造成余熱利用系統斷斷續續工作，從而使壓風機油溫超出限定參數，排氣系統也因超溫出現停機。為了避免壓風機超溫停機影響井下的正常供風，壓風機自身的冷卻系統需要與余熱回收系統同時使用，造成生產成本的大幅增高。

（2）當煤礦職工澡堂用水達到高峰期時，通過壓風機余熱回收系統對洗澡用水進行加溫很難滿足使用需求，當余熱回收系統的熱能不夠時，需要通過補氣系統使水溫快速升高。當職工澡堂在用水低峰時，熱能無法充分利用，熱水箱達到儲水上限后，余熱利用系統就會自動停止工作，這就造成了余熱回收系統不僅具有較低的利用效率，還存在一定的熱能浪費現象。

（3）在使用余熱利用系統過程中，同步開啟壓風機冷卻系統會使余熱回收系統的利用效率大幅降低。主要原因是壓風機內的油溫先經過壓風機冷卻系統進行一次冷卻，在經過余熱回收系統時溫度已經大幅降低，這就造成余熱回收系統無法對壓風機油脂的熱量進行全部吸收，浪費了大量熱能，增加了生產成本。

3? ? 壓風機余熱回收系統組成應用

3.1? 壓風機余熱回收系統工作原理

壓風機的散熱是通過潤滑系統和壓風機排風扇將熱量排出的。由此可知，排風口排出的熱風和潤滑系統的熱量都是壓風機可利用的余熱。其中，潤滑系統采用冷熱交換原理，通過直熱式余熱回收主機提取正常工作壓風機輸入功率60%的熱量，向水中轉移高溫潤滑油的熱量，經過循環水泵將熱水送至蓄水箱中以供使用。通過自制的風管可以將排風扇排出的熱量收集至熱風管路，然后通過旋風機向副斜井井口輸送熱風。

3.2? 壓風機余熱回收系統的安裝及工作流程

余熱回收系統利用原有螺桿式壓風機，并聯設計直熱式余熱回收主機，余熱回收主機連接壓風機溫控閥出油、循環水泵、補水電磁閥、保溫水管、布袋式過濾器、雙層不銹鋼保溫水箱等設備;循環泵不斷對熱桶中冷水進行循環加熱，當溫度達到設定限值時，供水泵向保溫水箱排放熱水，保溫水箱的溫度探頭和水位探針對水溫和水位進行監測，達到設定值后由供水泵輸送至職工澡堂洗浴熱水管路，供職工使用。還有一部分熱風需要供至副斜井，可以選取距離副井井口比較近的壓風機房，使用2 mm熱軋薄板焊接連接壓風機的熱風排風口，并將白鐵皮和巖棉敷設在自制風管表面，連接φ600 mm玻璃鋼保溫風管，將旋風機安裝在管路始端，在冬季向副斜井井口傳送熱風，防止井筒上凍，保障正常生產。

3.3? 壓風機余熱回收系統自動化控制

壓風機余熱回收系統的控制裝置包括變頻器、壓力傳感器、PLC系統等，能夠實現自動化控制。壓力傳感器安裝在管網干線上，用于對管網水壓的檢測，將壓力轉化為4～20 mA的電流或0～10 V的電壓信號提供給變頻器。變頻器是水泵電機的控制設備，能夠按照水壓恒定需要向水泵電機傳送0～50 Hz的頻率信號，調整其轉速ENC。系統采用PID控制的應用宏進行閉環控制來改變頻率輸出值，調節水泵電機轉速，以保證管網壓力的恒定要求。

3.4? 壓風機余熱回收系統的優點

壓風機余熱回收系統具有無污染、無噪聲、低能耗等優點，隨時可以提取壓風機運行過程中的熱能。當壓風機余熱回收系統啟動時，可以關閉壓風機冷卻系統，使生產成本大幅減少。而且隨著機組運行溫度不斷變化，壓風機的產氣量也發生變化。利用壓風機余熱回收系統能夠給壓風機油溫降溫，使產氣量提高10%左右，為礦井生產提供可靠保壓風機油的熱量。

4? ? 結語

隨著煤礦企業對環保節能工作的重視，壓風機余熱回收系統將被放在越來越重要的位置。利用壓風機余熱回收系統能夠實現節能環保與安全生產同步推進，進一步改善壓風機的運行性能，節約鍋爐房的原煤消耗，減輕空氣污染程度，提高礦井整體工作效率，真正實現“人、機、物”的和諧發展。

[參考文獻]

[1]楊明法，孫君，王寶剛，等.煤礦副井壓風機的改造及自動化控制[J].山東煤炭科技，2011（1）：220-221.