城郊煤矿西风井空压机余热回收利用研究

杨磊

【摘要】本文阐述了城郊煤矿西风井空压机余热回收利用研究的意义、研究目标，分析了城郊煤矿西风井的运行现状，并针对瓶颈问题作出具体的实施方案，提高了空压机运行效率，延长了使用寿命。最后，本文对空压机热回收可操作性以及关键技术和创新点进行了深入的分析，从整体角度上对余热回收进行分析研究，找出了最优的利用方案，不但要确保空压机余热得以充分利用，延长空压机的使用寿命，而且井口温度得以大幅度的提高，真正实现绿色生产。

【关键词】空压机；余热；回收；利用；节能

一、引言

城郊煤矿西风井，井径5m，井深512.5m，2012年装备了一套提升系统，用于提升井下西翼矸石；目前西风井经风量为8000m3/min，风量较大；西风井地面共安装两台热风炉，每台热风炉额定进风量为652m3/min，为确保井口温度不缺低于2℃，每年冬季需开启地面热风炉对井筒进行供暖。而西风井地面压风机房共安装5台SA350A-6K-T型螺杆式压缩机，向西风井井下进行供风。

1.热风炉于2008年开始投入使用，经过几年的运转，目前效率低下，而目前西进风量风量较大，热风炉热风量无法满足现场使用要求；

2.热风炉仅能通过热风道向井口供暖，井口气温较低，冬季气温较低时岗位工不能正常工作；

3.每年热风炉需燃煤500吨，成本投资较大；热风炉运行燃烧，产生大量的CO2等废气对空气造成严重污染；

4.空压机运行时会产生大量的压缩热，压缩热消耗的能量占机组运行功率的85%，5台压缩机全部采用风冷方式进行散热，这部分能量通过风冷方式交换到大气当中，不能得到回收和利用，被白白地浪费掉。

二、项目意义

当前，节能减排是国家发展规化中首要考虑的重要任务，政府陆续发布了加强节能工作的决定，制定了促进节能减排的一系列政策措施，各地区、各部门相继做出了工作部署。

节能减排是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措，节能减排是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，节能减排对于调整经济结构、转变增长方式、提高人民生活质量具有极其重要而深远的意义。

与此同时，各项节能的新技术、新成果被不断的展现在大众面前，如何选择一个适应企业发展的节能新技术是作为企业管理者应当关注的重要课题。

压缩空气是工业领域中应用最广泛的动力源之一。由于其具有安全、无公害、调节性能好、输送方便等诸多优点，使其在现代工业领域中应用越来越广泛。在不断提高系统效率的同时，研究发现空压机运行时会产生大量的压缩热，壓缩热消耗的能量占机组运行功率的85%，通常这部分能量通过机组的风冷或水冷系统交换到大气当中。所以压缩机的热回收是持续降低空气系统损耗，提高生产力的必要手段。

据统计，空气系统的存在的系统浪费约15-30%。这部分损失，是否可以通过全面的系统解决方案来消除，是否能利用新的回收技术二次利用，来实现企业节能减排目标，降低企业生产成本，是摆在空压机使用企业的一个严峻考验。

如何结合现场实际，采取回收空压机多余热量，用于西进风井冬季井筒及井口供暖，即达到节能减排又实现气/热联产的目的，对降低矿井生产成本和节能减排具有重要意义。

三、研究目标

1.本文通过分析空压机的运行状况，回收空压机多余热量，代替热风炉向井口井筒供暖，既能够帮助企业节约能源消耗，又能够间接减少CO2的排放，达到节能减排，节约成本的目的。

2.空压机作为矿井的主要设备，通过对西风井空压机余热回收利用装置进行技术改造，提高余热回收利用能力，为矿井地面压风机预热利用积累应用经验。

四、空压机运行现状

西风井空压机全部采用螺杆式，它的结构和工作原理决定它的绝热效率在0.65-0.85之间，对于空气压缩机，供油温度一般在50℃-60℃之间，高的排气温度会导致跟多的润滑油处于气象，增加油气分离的难度，减低润滑油的使用寿命，除了机械摩擦导致的热能损失外，主要是因为压缩气体时热能转换的热能损失，压缩机的绝热效率仅有65%-85%。其中的绝大部分能量通过各种形式被消耗，最终变成热能排放到空气中。西风井空压机散热温升平均为45℃，风量为950m3/min，这部分能量被白白的浪费掉。

通过现场测量每台压缩机散热温升平均为45℃，风量为950m3/min，热功率约240KW。按照热损失系数为5%的情况下，开启三台压缩机产生的热量对西进风井井筒进行供暖，在大气气温不低于-3℃时，能保证井口温度不低于2℃。

五、具体实施方案

1.为充分将每台压缩机开启时产生的余热进行收集，分别在每一个压缩机余热出风口安装一个百叶窗，当压风机开启时，同时开启相应的百叶窗，压风机停止时，关闭相应的的百叶窗；

2.余热出风口采用一趟断面为1m×1m的风筒连接，余热通过此风筒输送到裤裆开处，在裤裆口处安装两台2×15kw轴流式通风机，余热通过两台风机直接供往井口；

3.另由井口房南侧也采用断面为1m×1m风筒引入井口房内，在井口房内分别采用1000mm×500mm两趟风筒一个水平引至井口房两门口处；

4.在井口房南侧热风道内安装一个风门，正常是关闭此风门，直接向井口房两门口处供暖，当温度较低时打开风门，直接向井筒供暖；

5.分别在每个空压机出风口及井口安装一个指针式压力表，用于观察和控制温度；

6.为确保热损失系数降到最小，对风筒采用30mm厚橡塑板进行保温。

六、关键技术和创新点

1.通过对空压机运行状况的分析，采用余热回收利用技术方案后，提高了空压机运行效率，延长了使用寿命；

2.回收空压机多余热量，用于井口井筒供暖，代替热风炉，不但减少温室气体排放，节能环保，而且为工人创造了良好的工作环境；

3.通过在压风机回收利用装置及风筒上增加两台通风机，不但提高了风速，而且提高了余热回收利用的效率，使空压机余热得到充分利用。

4.降低矿井生产成本，有利于矿井可持续发展；

5.一次投资，永久受益，经济实用，运行可靠。

七、经济效益

空气压缩机是广泛应用于生产领域的通用机械，但输入的电能中约85%的能量转变为压缩热，并被各种冷却器及排风扇带走并排放到环境中。根据相应类型压缩机的结构和原理适当地进行改造，将其热量回收，结合工厂实际情况将这些热源进行利用，那么就可以变废为宝，将原本排入环境的热量收集利用，减少用于其他用途加热的燃料消耗量。

以平均轴功率160kW的压缩机为例，可以在一天内将近50t水提高40℃，如果工厂可以充分利用这些热量，将大大减少燃油或天然气的消耗量，同时减少了CO2向大气的排放。

160kW压缩机每年的节能效果如下：

回收热能：>30×108kJ

折合节约燃油：70t

折合节约天然气：80，250Nm3

节约燃煤：144t

节约标准煤：104t

八、结语

通过对空压机余热的理论分析、现场测试等手段，实现从整体角度上对余热回收进行分析研究，找出最优的利用方案，不但要确保空压机余热得以充分利用，延长空压机的使用寿命，而且井口温度得以大幅度的提高，真正实现绿色生产。