空压机余热利用技术在庞庞塔矿的应用

闫利拉

（霍州煤电集团 庞庞塔煤矿，山西 吕梁033200）

空压机是煤矿重要的动力源，主要为矿井风动机械设备提供安全可靠动力，同时还是矿井压风自救系统的空气源和防灭火系统的气体源，由于空压机是高功率大型连续运行设备，故也是煤矿的高耗能设备，有资料表明，空压机耗能约占煤矿企业电力消耗的15%～35%〔1〕。空压机通过空气压缩获取动力能，在这个过程中约有80%的电能直接转换为热能，只有20%的电能最终可转换为空气能。在煤矿企业中，空压机运行产生的热能利用率极低，往往被当做废热直接排放。空压机余热的浪费一方面造成能源的浪费，同时对于空压机使用性能和使用寿命也极为不利，另外也容易造成矿区环境污染。本着节能降耗的目的，部分煤矿企业已经着手对空压机余热进行利用，空压机余热回收利用可大幅度降低空压机余热排放量，也节省了大量的燃料煤。山西庞庞塔煤矿针对空压机余热浪费现状，通过技术改造实现了空压机余热利用，将余热用于加热矿区生活用水和冬季采暖，这不但满足了矿区洗浴、供热需求，同时也提升了矿井的环保形象，对于提高矿井效益也有着一定的推动作用，对于应对当前煤炭疲软形势也有着重要意义。

1 空压机余热利用的意义

在空压机运行过程中，空气由过滤器去除杂质后由进气控制阀进入空压机主机内，在空气受到压缩的同时，空气与冷却润滑油体进行混溶，混溶体从空压机压缩腔内进入油气分离器得到具有高温和高压特性的油体和空气。本着保护空压机的目的，高温、高压的油体和空气分别进入配备的冷却系统中，冷却后的润滑油可循环使用，空气被输送到指定场所。在空压机运行过程中，经冷却系统带走的热量约占空压机运行所需电耗的80%左右，这部分热量温度约在85℃～100℃，直接被当做废热排放到空气中。这部分余热的损失不仅是一种能源形式的浪费，也会一定程度的污染周围环境，对于提高矿井综合效益也极为不利。自2012年以来，国内80%的煤炭企业处于亏损状态，在此形势下，空压机余热直接排放更是与矿井“节能降耗”、“保生存、促发展”的矿井发展理念背道而驰，故加强空压机余热利用是应对当前煤矿困境的有效途径。资料显示，国内部分矿井，如梨园矿、夏店矿、城郊矿、正明矿、平煤股份八矿、四侯煤业等单位对空压机余热进行了较好的利用，这些矿井利用空压机余热进行供暖和职工洗浴用水加热，节省了大量的燃料煤，对于提高矿井效益具有重要的意义〔2－6〕。

2 空压机余热利用实践

2.1 空压机运行现状

矿井压风机房位于工业广场西南部，共安装3台BST－330SAL型螺杆空压机，空压机装机功率为250kW，额定电压为380V，额定流量和额定压力分别为31.5m3／min和0.8MPa，空压机主要用于井下风动设备的动力源和压风自救的空气源，同时还肩负部分地面用风，根据矿井需要至少保证一台压风机保持全时段运行。空压机运行实践表明，其运行过程中油、气温度可高达85℃～95℃，为了满足空压机运行温度需求，将油、气分别通过各自冷却系统降温后将余热直接排放到压风机房周围空气中。空压机余热的直接排放造成空压机温度不断升高，致使压风机房工作人员不断循环使用3台空压机以保证空压机安全可靠运行，另外，空压机余热的直接排放还会造成周围环境破坏，致使周围空气质量不佳。该矿地处山西北部，每年10月至次年4月处于供暖期，每年需要大量的原煤进行热能供应；同时，矿井职工洗浴和部分生活热水也需要燃煤提供。这些原煤的燃烧不仅增加了矿井经营成本，同时还会产生大量的CO2、SO2等有害气体，对环境污染和温室效应有一定的推助作用。而空压机产生的余热直接排放到压风机房周围空气中，不仅造成了能源浪费，对于空压机运行稳定性和可靠性也极为不利。因此，若能够对空压机余热进行利用，不仅可节省大量的燃煤，满足矿井职工洗浴和部分生活热水，还能提高空压机的稳定性，对于实现矿井节能减排、提高经济效益和创建绿色矿区具有积极的意义。

2.2 空压机余热利用方案

鉴于空压机余热不加控制排放造成的资源浪费和环境破坏，同时本着提高矿井综合效益的目的，决定对空压机工作流程进行改造来实现空压机余热的有效回收和利用。从原理上分析，空压机余热回收利用是指通过设备和工艺的改变实现高温高压油、气与水进行热交换，通过热交换实现废热的收集和利用。根据矿井运行现状，决定对其中2台空压机进行余热回收利用试验，余热回收利用系统见图1。由图1可以看出，该空压机余热回收利用系统主要包含空压机、热交换器、水泵控制器、水箱、液位控制器等，系统工作原理为：空压机在运行过程中产生的高温油经热交换器后进入冷却水中进行冷却，冷却后的油体可返回到空压机油路系统进行循环利用，冷却水经热交换后水温升高后进入保温水箱，水箱液位由液位控制器进行监控，当水位低于设定标准时电磁球阀自动开启进行水箱补水，当水位达到设定标准时电磁球阀自动关闭停止补水，保温水箱具有隔热功能，通过管路和截止阀供给职工澡堂或者其他生活用水点。

图1 空压机余热回收利用系统示意

该空压机余热回收系统主要优点有：通过液位控制器、流量控制器、温度感应器等装置可实现水箱水温和水位等参数的实时监测，通过控制器可实现余热回收系统故障的诊断和处理，这些信息可通过液晶显示屏直观显示，这样提高了余热回收系统的可靠性；该空压机余热回收利用系统中只需要一次性投入热交换器、水箱等相关设备，不消耗其它能源即可实现空压机的余热回收利用；通过空压机余热的回收利用可有效降低空压机环境温度，避免空压机长时间高温运行，可减少空压机轮换使用频率，降低了空压机零部件的老化速度和更换频率，有助于提高空压机使用性能和使用寿命；空压机余热回收利用系统运行后，空压机原控制和操作方式不变，不影响空压机运行效果，即使停用余热回收利用系统后也可保障空压机原冷却系统正常工作。

2.3 空压机余热回收利用效果分析

由于该矿井应用2台空压机进行余热回收利用，空压机每日全负荷运行，有效加载时间为95%，根据空压机日常运行情况可知，空压机负荷率约为65%，约有80%的电能转化为热能，其中约有90%的余热可通过空压机余热回收利用系统进行回收和利用，这样每日可通过空压机余热回收利用系统得到热能Q＝250×2×95%×65%×80%×90%×860×24＝4588272kcal。矿井澡堂进口水温约为10℃，冬季洗澡水温约为60℃，夏季洗澡水温约为40℃，由此可知冬季可加热水量 L1＝Q／（60－10）＝4588272÷50≈91765kg，夏季可加热水量L2＝ Q／（40－10）＝4588272÷30＝152942kg。该矿井日均进入澡堂洗澡职工人数约为520人，洗澡用水为70L／人，日均用水量为520×70L＝36400L＝36400kg，由此可知通过余热回收系统可完全满足冬夏两季职工洗澡用水需求。矿井冬季采暖负荷为65W／m2，在满足职工洗澡用水的基础上，冬季每小时可提供采暖热量Q2＝（91765－36400）×50÷24÷860＝134kWh，冬季可提供采暖面积S＝Q2／C＝134×103÷65＝2062m2。综上可知，利用空压机余热回收利用技术可以满足职工洗澡用水和矿区冬季局部区域采暖需求，对于提高资源利用率，降低环境污染具有较好的现实意义。

3 结语

空压机作为煤矿重要的动力源，因其废热无节制排放导致周边空气和环境遭受污染，也造成了一定程度的能源浪费。利用空压机余热回收利用技术可实现这部分热能的有效回收利用，通过该系统的实施可将回收的余热对职工洗澡用水和采暖进行供热等，对提高矿区环境和空气质量具有重要的意义。同时，余热的有效回收也一定程度的解决了空压机长期高温运行问题，提高了空压机运行性能和使用寿命。空压机余热回收利用系统的实施真正实现了矿井“节能降耗”理念，实现了“人－机－环”的和谐统一，符合国家提倡的环保理念，可有效降低矿井生产成本，能一定程度的应对当前煤炭疲软形势。故空压机余热回收利用系统在煤矿具有较好的推广应用价值。

〔1〕吴启芳.螺杆式空压机余热回收在煤矿的应用〔J〕.能源与环境，2013，（3）：58－59.

〔2〕蔡秀凡，李洪彪.空压机余热回收技术在梨园矿的应用〔J〕.江西煤炭科技，2014，（3）：78－79.

〔3〕杨 磊.城郊煤矿西风井空压机余热回收利用研究〔J〕.电子世界，2007，（4）：349.

〔4〕刘德海.空压机余热回收系统在车集煤矿的应用〔J〕.河南科技，2014，（13）：126－127.

〔5〕李 勇.螺杆空压机余热回收技术在夏店矿的应用〔J〕.中州煤炭，2011，（5）：85－86.

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