煤矿风井场地空压机余热回收制备洗浴热水的应用

范 恺

（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司寺河煤矿，山西 晋城 048000）

随着节能政策和环保要求的能耗少、噪声低的普及及人们节能意识的提高，各行各业对空压机的余热利用越来越重视[1]。针对煤矿风井场地空压机的特点及煤矿风井场地洗浴热水的特点，提出采用空压机余热制备洗浴热水成为煤矿空压机余热利用的重点发展方向。

1 场地现状及条件

1.1 现状

寺河矿三水沟风井场地距离矿工业厂区较远，且因场地面积的限制，未能建设集中供暖设施，每天约500人次的洗浴和冬季建筑采暖一直是职工反映最强烈的问题。

1.2 条件

寺河矿三水沟风井场地有4台LS25S-300H型螺杆空压机，输入功率224kW，3台24h持续运行1台备用，冷却方式为风冷。空压机长期连续运行过程中产生的大量高温热能（约440kW）排放到大气中，温度通常在90℃（冬春季）～105℃（夏秋季）。三水沟风井场地制取职工洗浴热水仅需要150kW的供热负荷，职工宿舍供暖需要约300kW的供热负荷。

2 技术关键点及路线

2.1 空压机余热回收系统工艺设备匹配

（1）确定空压机余热回收机组换热面积，以保证换热的充分；

（2）空压机余热回收机组流道结构设计，以减少对空压机油路增加的阻力；

（3）采用空压机余热回收机组后，空压机注油量的确定，以保证空压机的稳定运行和换热的高效；

（4）要合理设计二次侧水泵流量，以确保水箱内温度波动最小，提高洗浴的舒适性。

2.2 空压机余热回收自动控制系统

（1）自控系统确保空压机油温，以保证空压机的稳定运行；

（2）余热回收利用系统停止回收余热时，应及时切换至空压机原空冷散热器散热状态。

2.3 技术路线

（1）合理选择蓄热水箱容积，以满足洗浴热水供热需要[3]；

（2）合理选择蓄热水箱保温层厚度，以防止散热过快无法保证洗浴热水需求。

改造4台空压机，将每台空压机润滑油引至配套余热回收机组，通过余热回收机组将热量置换给一次热水，一次热水通过板式换热器加热二次热水，二次热水进入蓄热水箱。

图1 空压机余热回收利用技术路线图

3 工作原理

3.1 余热回收机组原理

空压机余热回收机组原理是实现空压机油与水之间的热交换，从而将空压机油中的热量置换给水，将水加热[3]。

图2 空压机余热回收机组原理示意图

3.2 空压机油路工作原理

如图3所示，原油路循环为图中框中实线，改造后F4关闭，F1打开，油进入余热回收机组，油在余热回收机组中将热量释放给水，温度降低，经过F5、F3进入空压机进口处，最终进入空压机。当洗浴热水温度已达到设计温度，油中热量则无法释放，从而经三通阀F5，经F2进入原空压机空气冷却器，通过冷却器进行降温，从而保证空压机的稳定运行[2]。

3.3 洗浴热水制备原理

空压机余热回收机组热水（约65℃）进入板式换热器，在板式换热器中将热量置换给二次水，二次水进入水箱，如此不断循环，从而将水箱中热水加热至一定洗浴所需温度（45℃）。洗浴热水通过给水泵输送至浴室，洗浴热水到设定水位时，补水电动阀打开，进行补水，补至设定液位，温度传感器监测到水箱内温度低于设定温度后，再次开始循环加热[4]。图4所示为洗浴热水制备原理示意图。

图3 空压机油路工作原理示意图

图4 洗浴热水制备原理示意图

3.4 板式换热器除垢原理

为减少板式换热器拆洗的次数及不影响板式换热器使用寿命，安装一套板式换热器除垢装置。如图5所示，除垢水箱内装满草酸等除垢剂，如对1#板式换热器进行除垢，关闭阀门F1，打开阀门F3与F6，启动除垢泵，草酸等除垢剂在板换与除垢水箱之间进行循环，循环一段时间即可达到除垢的效果[5]。除垢结束后，关闭F3与F6，通过板换过滤器等排除1#板换中草酸，除垢过程结束。

图5 板式换热器除垢原理示意图

4 配电控制系统

空压机余热利用配电控制系统由水泵房控制柜和现场仪表组成。系统采用西门子S7200系列PLC[4]，通过串口与触摸屏连接，实现水泵、阀门的就地手动控制和远程自动控制，实现无人值守自动恒压供水，通过触摸屏实时监控机房设备的运行情况，且具有电量、水量、热量计量功能。

5 应用效果分析

在未启用空压机余热回收机组时，空压机各参数如表1所示。

表1 空压机实时参数表

在启用空压机余热回收机组后，空压机各参数及热水制备情况如表2所示。

表2 空压机、余热回收机组实时参数表

综上数据显示，空压机余热回收机组的运行对空压机运行不但无影响，反而提高了空压机运行效率，且制备的热水满足了三水沟风井场地工人洗浴和建筑保暖需求，同时该技术可靠，运行费用低，维护量小，运行效果良好。

6 结束语

空压机余热回收机组及余热回收系统正在晋煤集团推广，既节能又环保，并创造了可观的经济效益，而且提高了煤矿企业节能减排指标，是建设绿色矿山的重要条件之一，具有广阔的发展空间。