马道头选煤厂螺杆空压机余热回收利用方案探索

段旭东，同秀林

(1.大同煤矿集团 马道头煤业公司，山西 大同 037101；2.唐山德安科技有限公司，河北 唐山 063000)

马道头煤业公司选煤厂(以下简称“马道头选煤厂”)是与矿井同工业场区布置的矿井型动力煤选煤厂，设计规模为20.00 Mt/a，处理能力为60 606.06 t/d。马道头选煤厂主厂房布置有一个空压机机房，配备13台风冷式螺杆空压机(单机工作压力为0.75 MPa，满载功率为250 kW)，为车间内的加压过滤机、压滤机、介质桶等提供冷风。螺杆空压机是整个选煤厂的能耗大户，其能耗占总能耗的15%。螺杆空压机的能耗除少部分转化为机械能外，大部分转化为热能，被空气带走。目前，这部分热能不能产生任何效益，而且夏季还要配备相关装置为螺杆空压机降温，导致选煤厂运行成本进一步增加。

为了加强应对全球气候变化，我国政府要求2020年单位工业增加值二氧化碳排放量比2015年下降22%。这给工矿企业带来巨大的转型压力，高能耗企业将被加速关停或被高成本逼停。在这种大背景下，将螺杆空压机的余热回收利用[1]，不但可以产生一定的经济效益，而且能够带来一定的社会效益和环境效益。为此，参照我国燃煤电厂余热回收利用的成功案例，探索螺杆空压机余热回收利用方案。

1 余热体量测算

通过产品平衡表得知，马道头选煤厂<0.25 mm粒级煤泥量占原煤入选量的7.66%，而这部分煤泥需要通过加压过滤机、压滤机等设备处理。该选煤厂每年有1.532 Mt煤泥需要处理，需要13台螺杆空压机工作365 d，日均运行时间为19 h。通常螺杆空压机的卸载功率是满载功率的50%左右，卸载能耗是满载能耗的15%～20%[2]，折算后螺杆空压机每日的满载运行时间为15.80 h。因此，单台螺杆空压机每天的能耗为4 350 kW·h，13台螺杆空压机每天的总能耗为56 550 kW·h。

一般情况下，螺杆空压机能耗中的20%转化为压缩空气的机械能和电机的热能等，其他80%转化为暂时没有回收的热能，逸散在空气之中。这80%热能中除2%的辐射热能外[3-4]，其他热能皆为可回收热能(余热)。通过计算可知：余热体量为44 109 kW·h，十分可观。如果将其合理回收利用，则可以产生一定的经济效益、社会效益和环境效益。

2 余热回收利用方案

2.1 方案选择原则

螺杆空压机余热回收利用有着良好的效益，选择方案的前提是必须保证螺杆空压机正常运行，且不能影响对其进行维护和保养。在设备选型方面，优先选择成熟的余热回收利用设备，在集中控制[5]、管道布置等方面，必须结合现场实际情况，将余热回收利用系统对原生产系统的影响降到最低[6]。

2.2 余热回收方案

依据方案选择原则，借鉴我国燃煤电厂余热回收利用的成功案例，选择合适的余热回收系统来回收螺杆空压机的余热。一般情况下，常用余热回收设备的热能回收效率在50%左右，冷水进入余热回收系统后，可以直接加热到52～75 ℃之间，此时螺杆空压机的排气温度可以控制在85～89 ℃之间，能够保证螺杆空压机处于最佳运行状态[7]。余热回收设备的出水温度可以根据具体需要设定，即根据用水端的水池温度、水位实现自动调控[8]。

由于在螺杆空压机系统中加设了热能回收器，螺杆空压机散热加快，夏季空压机房几乎不需要其他冷却装置辅助润滑油降温，使冷干机负荷大大降低，冷干机的滤芯更换频率、氟利昂添加数量大为减少，除水、除油效果大为改善[9]。

2.3 余热利用方案

由于马道头选煤厂属于矿井型选煤厂，矿区内有大量下井员工，每天约有1 100人需要洗浴。据统计，每天的热水(温度为50℃)平均用量为120 t。将120 t水温为15 ℃的自来水加热到50 ℃需要的热能约为500 kW·h。根据理论测算，余热体量为44 109 kW·h，考虑到余热回收设备的热能回收效率在50%左右，实际可利用余热为22 054.50 kW·h，完全满足职工浴室洗浴用水加热的需求。因此，将螺杆空压机余热回收后作为职工浴室洗浴热水热源的方案可行，但还有大量余热未被有效利用。

根据大量余热未被有效利用的情况，结合矿区的采暖需要，将其作为冬季锅炉辅助加热的热源。大同地区的采暖期为每年11月1日至次年4月15日，共计166 d。如将余热作为冬季锅炉辅助加热的热源，每年可节约大量燃料(煤炭)。

3 效益评估

3.1 投资与成本

余热回收系统前期投资约为34万元，除了自动控制系统和电动阀门耗费少量电能外，其他部分基本不消耗能量。余热回收系统中的运转部件只有阀门、压力表、流量表等，这些部件需要不定期维修和更换，因此需要少量投资[10]。热能回收器、管道及其他辅助系统几乎不需要定期更换，后期维护成本较低。

3.2 效益预测

根据余热利用方案，每天回收的螺杆空压机余热为56 550 kW·h，将其作为职工浴室洗浴热水的热源，并将未有效利用的余热作为冬季锅炉辅助加热的热源，这样锅炉燃煤量大幅减少。根据职工洗浴要求和冬季取暖需求，每年可节约热能4.80×106kW·h，相当于463 t标准煤。因此，螺杆空压机热能回收系统运行后，每年可节约标准煤463 t。按照29.30 MJ/kg标准煤的市场价格800元/t计算，每年可节省资金37万元。

在此方案中，取暖期对螺杆空压机的余热利用充分，可以实现回收的余热全部利用；非取暖期对螺杆空压机的余热利用不够充分，每天只能采用部分余热对洗浴用水进行加热处理，但也可节省不少资金。根据初步应用效果，余热回收系统运行后不影响螺杆空压机的正常运行，螺杆空压机的排气温度下降明显。此外，燃煤污染物排放量减少，对环境的污染减少，也带来了一定的经济效益、社会效益和环境效益。

4 结语

在国家去产能的大背景下，工矿企业必须不断挖潜堵漏，提升企业产能效率，加快释放先进产能。马道头选煤厂在借鉴我国燃煤电厂余热回收利用成功案例的基础上，对选煤厂螺杆空压机余热进行回收利用。在余热回收利用系统运行初期，系统状态良好，前期投资可在一年内全部收回，经济效益较好，同时产生了一定的社会效益和环境效益。

压缩空气是仅次于电能的第二大动力源，与其他能源相比，有着清洁干净、传输方便、无毒无害、没有起火危险、适应各种条件、空气取用方便等优点。由于没有起火危险，加上螺杆空压机的优异性能，其被作为重要气源已广泛应用在工矿企业。各工矿企业应结合实际情况，合理利用螺杆空压机余热，进而降低工矿企业能耗。