城郊煤礦西風井空壓機余熱回收利用研究

楊磊

【摘要】本文闡述了城郊煤礦西風井空壓機余熱回收利用研究的意義、研究目標，分析了城郊煤礦西風井的運行現狀，并針對瓶頸問題作出具體的實施方案，提高了空壓機運行效率，延長了使用壽命。最后，本文對空壓機熱回收可操作性以及關鍵技術和創新點進行了深入的分析，從整體角度上對余熱回收進行分析研究，找出了最優的利用方案，不但要確保空壓機余熱得以充分利用，延長空壓機的使用壽命，而且井口溫度得以大幅度的提高，真正實現綠色生產。

【關鍵詞】空壓機；余熱；回收；利用；節能

一、引言

城郊煤礦西風井，井徑5m，井深512.5m，2012年裝備了一套提升系統，用于提升井下西翼矸石；目前西風井經風量為8000m3/min，風量較大；西風井地面共安裝兩臺熱風爐，每臺熱風爐額定進風量為652m3/min，為確保井口溫度不缺低于2℃，每年冬季需開啟地面熱風爐對井筒進行供暖。而西風井地面壓風機房共安裝5臺SA350A-6K-T型螺桿式壓縮機，向西風井井下進行供風。

1.熱風爐于2008年開始投入使用，經過幾年的運轉，目前效率低下，而目前西進風量風量較大，熱風爐熱風量無法滿足現場使用要求；

2.熱風爐僅能通過熱風道向井口供暖，井口氣溫較低，冬季氣溫較低時崗位工不能正常工作；

3.每年熱風爐需燃煤500噸，成本投資較大；熱風爐運行燃燒，產生大量的CO2等廢氣對空氣造成嚴重污染；

4.空壓機運行時會產生大量的壓縮熱，壓縮熱消耗的能量占機組運行功率的85%，5臺壓縮機全部采用風冷方式進行散熱，這部分能量通過風冷方式交換到大氣當中，不能得到回收和利用，被白白地浪費掉。

二、項目意義

當前，節能減排是國家發展規化中首要考慮的重要任務，政府陸續發布了加強節能工作的決定，制定了促進節能減排的一系列政策措施，各地區、各部門相繼做出了工作部署。

節能減排是貫徹落實科學發展觀、構建社會主義和諧社會的重大舉措，節能減排是建設資源節約型、環境友好型社會的必然選擇，節能減排對于調整經濟結構、轉變增長方式、提高人民生活質量具有極其重要而深遠的意義。

與此同時，各項節能的新技術、新成果被不斷的展現在大眾面前，如何選擇一個適應企業發展的節能新技術是作為企業管理者應當關注的重要課題。

壓縮空氣是工業領域中應用最廣泛的動力源之一。由于其具有安全、無公害、調節性能好、輸送方便等諸多優點，使其在現代工業領域中應用越來越廣泛。在不斷提高系統效率的同時，研究發現空壓機運行時會產生大量的壓縮熱，壓縮熱消耗的能量占機組運行功率的85%，通常這部分能量通過機組的風冷或水冷系統交換到大氣當中。所以壓縮機的熱回收是持續降低空氣系統損耗，提高生產力的必要手段。

據統計，空氣系統的存在的系統浪費約15-30%。這部分損失，是否可以通過全面的系統解決方案來消除，是否能利用新的回收技術二次利用，來實現企業節能減排目標，降低企業生產成本，是擺在空壓機使用企業的一個嚴峻考驗。

如何結合現場實際，采取回收空壓機多余熱量，用于西進風井冬季井筒及井口供暖，即達到節能減排又實現氣/熱聯產的目的，對降低礦井生產成本和節能減排具有重要意義。

三、研究目標

1.本文通過分析空壓機的運行狀況，回收空壓機多余熱量，代替熱風爐向井口井筒供暖，既能夠幫助企業節約能源消耗，又能夠間接減少CO2的排放，達到節能減排，節約成本的目的。

2.空壓機作為礦井的主要設備，通過對西風井空壓機余熱回收利用裝置進行技術改造，提高余熱回收利用能力，為礦井地面壓風機預熱利用積累應用經驗。

四、空壓機運行現狀

西風井空壓機全部采用螺桿式，它的結構和工作原理決定它的絕熱效率在0.65-0.85之間，對于空氣壓縮機，供油溫度一般在50℃-60℃之間，高的排氣溫度會導致跟多的潤滑油處于氣象，增加油氣分離的難度，減低潤滑油的使用壽命，除了機械摩擦導致的熱能損失外，主要是因為壓縮氣體時熱能轉換的熱能損失，壓縮機的絕熱效率僅有65%-85%。其中的絕大部分能量通過各種形式被消耗，最終變成熱能排放到空氣中。西風井空壓機散熱溫升平均為45℃，風量為950m3/min，這部分能量被白白的浪費掉。

通過現場測量每臺壓縮機散熱溫升平均為45℃，風量為950m3/min，熱功率約240KW。按照熱損失系數為5%的情況下，開啟三臺壓縮機產生的熱量對西進風井井筒進行供暖，在大氣氣溫不低于-3℃時，能保證井口溫度不低于2℃。

五、具體實施方案

1.為充分將每臺壓縮機開啟時產生的余熱進行收集，分別在每一個壓縮機余熱出風口安裝一個百葉窗，當壓風機開啟時，同時開啟相應的百葉窗，壓風機停止時，關閉相應的的百葉窗；

2.余熱出風口采用一趟斷面為1m×1m的風筒連接，余熱通過此風筒輸送到褲襠開處，在褲襠口處安裝兩臺2×15kw軸流式通風機，余熱通過兩臺風機直接供往井口；

3.另由井口房南側也采用斷面為1m×1m風筒引入井口房內，在井口房內分別采用1000mm×500mm兩趟風筒一個水平引至井口房兩門口處；

4.在井口房南側熱風道內安裝一個風門，正常是關閉此風門，直接向井口房兩門口處供暖，當溫度較低時打開風門，直接向井筒供暖；

5.分別在每個空壓機出風口及井口安裝一個指針式壓力表，用于觀察和控制溫度；

6.為確保熱損失系數降到最小，對風筒采用30mm厚橡塑板進行保溫。

六、關鍵技術和創新點

1.通過對空壓機運行狀況的分析，采用余熱回收利用技術方案后，提高了空壓機運行效率，延長了使用壽命；

2.回收空壓機多余熱量，用于井口井筒供暖，代替熱風爐，不但減少溫室氣體排放，節能環保，而且為工人創造了良好的工作環境；

3.通過在壓風機回收利用裝置及風筒上增加兩臺通風機，不但提高了風速，而且提高了余熱回收利用的效率，使空壓機余熱得到充分利用。

4.降低礦井生產成本，有利于礦井可持續發展；

5.一次投資，永久受益，經濟實用，運行可靠。

七、經濟效益

空氣壓縮機是廣泛應用于生產領域的通用機械，但輸入的電能中約85%的能量轉變為壓縮熱，并被各種冷卻器及排風扇帶走并排放到環境中。根據相應類型壓縮機的結構和原理適當地進行改造，將其熱量回收，結合工廠實際情況將這些熱源進行利用，那么就可以變廢為寶，將原本排入環境的熱量收集利用，減少用于其他用途加熱的燃料消耗量。

以平均軸功率160kW的壓縮機為例，可以在一天內將近50t水提高40℃，如果工廠可以充分利用這些熱量，將大大減少燃油或天然氣的消耗量，同時減少了CO2向大氣的排放。

160kW壓縮機每年的節能效果如下：

回收熱能：>30×108kJ

折合節約燃油：70t

折合節約天然氣：80，250Nm3

節約燃煤：144t

節約標準煤：104t

八、結語

通過對空壓機余熱的理論分析、現場測試等手段，實現從整體角度上對余熱回收進行分析研究，找出最優的利用方案，不但要確保空壓機余熱得以充分利用，延長空壓機的使用壽命，而且井口溫度得以大幅度的提高，真正實現綠色生產。