余吾煤業壓風機水冷系統改進研究

盧文歡， 張中雨， 秦 濤， 李云燕

（潞安化工集團余吾煤業有限責任公司， 山西 長治 046100）

引言

余吾煤業有限責任公司是潞安化工集團投資建設的一座大型現代化礦井，井田面積160.24 km2，可采儲量6.79 億t，主采3 號煤層平均厚度6 m，其煤質為中灰、特低硫、低磷、高發熱量、高熔點灰分之貧煤，是優質的動力和化工用煤。礦井服務年限81 年，包括礦井、選煤廠、鐵路專用線三個單項工程，礦井及選煤廠年設計生產能力均為800 萬t。

1 余吾煤業壓風系統使用現狀

壓風機作為余吾煤業有限責任公司安全生產的一套重要動力設備，它占據著重要地位。該公司中央區壓風機擔負著礦井井下用風單位的供風任務，現使用的壓風機為復盛SA250W-10K 型螺桿式空氣壓縮機，冷卻方式為水冷式，共有5 臺壓風機[1-7]。其水冷系統的循環量為160 m3/h，總容水量為15 m3，運行時間為24 h 不間斷運行，補水來源為自來水，補水量約為6～10 m3/d。

1.1 水冷系統存在的問題

壓風機的正常排氣溫度應該為77～93 ℃，余吾煤業有限責任公司壓風機的實際排氣溫度長期處于85 ℃以上，夏季時排氣溫度經常超過90 ℃，經常造成103 ℃高溫跳車，影響礦井的正常供風。

1.2 原因分析

壓風機水冷系統循環水每天的蒸發量巨大，使水箱中礦物質濃度不斷增大，極易形成水垢，造成壓風機循環管路及冷卻器堵塞。

水冷系統采用的是露天開放式冷卻塔進行冷卻，空氣中的粉塵及其他雜質也極易混入循環水中，形成污垢，進一步造成壓風機管路及冷卻器堵塞[8-9]。

由于冷卻水循環系統是開放的，夏季時冷卻塔中極容易生成大量的微生物，大多為藻類。這些微生物大量繁殖會形成黏附力很強的念泥狀物質，進而附著在循環水管道的內壁和冷卻器內，增加循環水的工作阻力，降低冷卻塔的散熱效率，并造成冷卻器堵塞[10-11]。

冷卻器堵塞后致使通過冷卻器的循環水流量減小，循環水溫度升高，進而導致壓風機排氣溫度偏高，甚至引起壓風機高溫故障跳車。同時，由于循環水水溫升高，加速了水垢的形成，造成惡性循環，嚴重影響壓風機水冷系統的冷卻效率。

2 解決方案

影響壓風機水冷系統冷卻效率的直接原因是壓風機冷卻器堵塞。導致壓風機冷卻器堵塞的主要因素如下：

1）循環水中礦物質形成的水垢。

2）空氣中的粉塵及其他雜質混入循環水中形成的污垢。

3）循環水中滋生的微生物。

2.1 方案分析

為了比較徹底地消除上述主要因素對壓風機水冷系統冷卻效率的影響，故可將下頁圖1 所示的壓風機原開放式水冷循環系統，改為由內部封閉式循環系統與外部開放式循環系統組成的復合式水冷循環系統，如下頁圖2 所示。其中內部封閉式循環系統中加入純凈水作為循環水，外部開放式循環系統中的循環水依舊采用自來水。這樣由于內部封閉式循環系統中加入的循環水是純凈水，其在工作過程中基本上不會形成水垢，從而避免了因水垢造成的壓風機冷卻器及內循環管路的堵塞。由于外循環對循環水的消耗比較大，因此出于成本的考慮依然采用自來水作為循環水。但是需要定期對冷卻塔和水箱中的水垢、雜質及其他沉淀物進行清理。同時為了降低外循環水中離子的濃度，減少水垢的形成，還需定期對外循環水進行部分或全部更換。

圖1 開放式水冷循環系統

圖2 復合式水冷循環系統

2.2 翅片管組件的用途

內、外部循環系統之間通過幾組串聯的翅片管組件，進行熱交換，如圖3 所示。翅片管組件作為內部循環系統的重要組成部件，在此兼作散熱和儲水作用，另外內部循環系統還需裝補一個水桶。因為，單純依賴翅片管組件散熱容易使循環泵吸水一側因壓力低而容易沸騰，并容易造成循環泵的葉輪穴蝕。加裝補水桶后既能及時補充系統中的水分損耗，又能避免循環泵葉輪過快的穴蝕。

圖3 翅片管組件

對于消除冷卻塔中滋生的微生物，可以通過定期在水中添加殺菌劑來達到消除和抑制微生物的目的。

3 改造方案的主要優點和缺點

改造前進入夏季時，壓風機冷卻器10～15 d 就需要清洗一次，共5 臺壓風機，即差不多每天都需安排檢修人員清洗、更換冷卻器，造成很大的人力消耗；同時，在清理冷卻器管路中的水垢時，會造成冷卻器內部薄銅管的磨損。一臺冷卻器價值2 萬元左右，平均2 個月損耗一臺冷卻器，對材料費用也造成極大損耗。

3.1 優點

從源頭上解決壓風機冷卻器堵塞問題，這樣既節省了更換、清洗冷卻器的人力，又延長了壓風機冷卻器的使用壽命。

3.2 缺點

1）改造方案需要新增一臺循環泵，加裝翅片管組件，并改造蓄水池及管路，一次性投資較大。

2）需定期對翅片管組件的外表面進行清理。3）外部開放式循環系統依然需要定時補充自來水。

4 結語

通過改變水冷循環系統的結構解決了礦用壓風機水冷系統冷卻器容易堵塞的問題，極大地節省人力成本并延長冷卻器的使用壽命，雖然一次性投入較高，但從長遠來看不失為一種高效、環保的方案。