SA-250空氣壓縮機余熱回收與利用

賈霞飛 徐 榮

（大同煤礦集團軒崗煤電有限責任公司 山西 軒崗 034000）

0 引言

空氣壓縮機產生的壓縮空氣清潔、安全、使用方便，成為煤礦安全生產不可缺少的能源動力。但是空壓機也是一個能耗較大的動力設備，一般空壓機的輸入動能除了部分變成了壓縮空氣的勢能以外，有一部分的能量以廢熱的形式被排放到空氣中。同時，為降低空壓機的油溫，還需要消耗電能開動冷卻風機來降低油溫，以保證空壓機的正常運行。空壓機在生產壓縮空氣的過程中消耗的能源約占空壓機運行全部電能的40%以上，其中消耗的96%的能源都轉化為熱能排放掉了，約2%通過電機等高溫部件直接輻射排放，余下94%的熱量卻要通過專門配置的附屬冷卻設備間接排放[1-3]。

1 空壓機運行熱能狀況

空氣壓縮機運行過程中，把電能轉換機械能，機械能轉換為風能，在機械能轉換為風能過程中，空氣被強烈的高壓壓縮，使之溫度驟升，這是普通物理學機械能量轉換現象，機械螺桿的高速旋轉，同時也摩擦發熱，產生的高熱由空壓機潤滑油的加入混合成油/氣蒸汽排出機體，經空壓機各廠商提供的技術參數，空壓機產生的熱量約為空壓機軸功率的110%～115%。

（1）空壓機油約含75%～80%的熱量。

（2）壓縮空氣約含20%～25%的熱量。

（3）電機、螺桿機頭、油分等熱輻射10%～15%。

（4）空壓機油氣的熱量約為空壓機軸功率的100%～105%。

（5）回收時約有10%～15%的損耗。

由以上空壓機熱量狀態可計算出實際回收熱量可為88%。

最重要的是礦用空氣壓縮機必須長期連續運行，一天24小時不停機。所以，熱能回收意義大、效果好。

2 余熱回收系統的工作原理及特點

2.1 工作原理

空壓機余熱回收原理是空壓機的熱油及高溫氣體分別引入CHR高效熱交換器油通道與水通道的冷水進行熱交換，水加溫到45℃～80℃直接排到保溫水箱待用。熱油溫度降至65℃后流經油冷卻器再進入壓縮機。高溫氣體溫度降低后流經空冷卻器再排出。空壓機余熱回收時，油、氣冷卻的風扇或循環冷卻水泵及冷卻塔風扇均關閉。

空壓機產生的油氣混合體經油氣分離器，將空氣和油分離，空壓機的熱氣進入換熱器與水進行熱交換，使水初步升溫，氣體降溫后（比進水溫度高10℃），再回到原有的氣體冷卻器，如此完成氣體的熱回收。空壓機熱油進入換熱器與升溫后的水進行換熱，水溫升高到45℃～80℃，供生產和生活使用，而熱油換熱后溫度約降15℃～20℃，降溫后的油回到空壓機的機頭與氣體混合壓縮，如此循環，空壓機產生壓縮空氣的同時，熱能機完成了冷水變熱水（原理見圖1）。

CHR高效熱能回收換熱器，采用低阻力、高效率、高導熱性技術設計，具有體積小、重量輕、阻力小、導熱性強等特點。順高余熱回收時候的高效換熱器采用不銹鋼板材質，具有耐腐蝕、耐高溫、耐高壓等性能，保障熱能回收器效率同時保證了空壓機系統運行穩定。

圖1 空壓機余熱回收原理

2.2 技術特點

空壓機余熱回收改造后對空氣壓縮機的穩定運行有多項好處。

（1）改造后的空氣壓縮機油溫會相對穩定，壓縮機及配件不易產生熱漲冷縮效應，降低空壓機的損壞率。

（2）余熱回收改造后，將原來的風冷系統關閉，大量節約了電能，減少了故障點。

空壓機余熱回收系統生產熱水與其他方式生產的熱水相比也有很多的優點。

（1）零成本加熱。它本身是一熱利用設備，在加熱過程中，并沒有增加對空壓機本身的負載，100%利用空壓機的廢熱能生產熱水，不需要任何輔助加熱設備。

（2）不受天氣影響。它的熱量來源于空壓機的廢熱，煤礦空氣壓縮機由于安全需要，空氣壓縮機是24小時運行的，空壓機運行余熱回收系統就有熱水產出，所以它不受天氣影響。

（3）運行安全可靠，零排放，無污染。

3 實施方案及應用案例

軒煤公司現使用的壓風機為SA-250風冷機組，標準配置是油冷卻壓縮機，然后由流動空氣來冷卻機油，將熱量排出，針對空壓機這一熱交換原理，我們同空壓機生產廠家聯系，對空壓機進行內部改造，增加熱能回收器，將空壓機運行冷卻油（潤滑油）中產生的大量熱量，通過CHR高效熱能回收器進行回收利用，將回收的熱量用于水溫加熱，從而用于生活、生產的熱水供應。該方式實現廢熱循環利用，有利于節能減排，保護環境，同時降低企業成本。

3.1 改造后技術參數對比及產能

2017年6月軒煤公司焦家寨礦開始施工改造空氣壓縮機，8月中旬投入使用，熱能回收系統和空氣壓縮機運行正常。使用熱回收系統后，空壓機的排氣溫度降低了10℃～15℃，可以提高4%～5%的產氣量，產同樣的壓縮空氣，可以節約4%～5%的輸入功率。對風冷空壓機可以減少風機運行時間，提高產氣量同時因減少了風機的運行，降低了風機的電消耗。焦家寨礦配置四臺空壓機運行方式，兩用兩備，每臺SA-250風冷空氣壓縮機，每天運行24小時可生產47.76噸熱水。

圖2 焦家寨礦空壓機余熱回收系統

3.2 空壓機余熱回收采用智能電氣控制系統

3.2.1 回收系統與空壓機實現聯動

可與空壓機實際運行情況進行聯動工作，空壓機運行則熱回收系統運行,可實現全天候無人值守。

3.2.2 安全可靠性

回收系統包括溫度傳感器斷線、相序保護、溫度保護、運行水泵過載保護。可全面監控熱回收系統各個物理參數，能夠實時監控進出油的溫度、進出水的溫度以及蓄水箱的水位、相序，防止水泵反轉并監視補水水泵的運行情況以及過載保護狀態等，自動化程度高。

3.2.3 智能調節及能量統計

可以根據客戶實際的需求，按照預先設置好的出水溫度進行智能化調節，達到補水與溫控的協調，維持用水溫度的穩定。可在線統計熱回收量，直觀反映回收熱量的經濟效益。

3.2.4 智能故障診斷

具有完備的保護功能與自我診斷能力。一旦報警，控制系統除了在操作面板上發出指示外，還在顯示屏上以走馬燈形式滾動顯示；如果控制系統發生嚴重故障，影響到了整個熱回收系統的安全性，熱回收系統會自動停機，把潤滑油冷卻的控制權交回原有空壓機控制系統，對空壓機的運行不會產生任何影響。

3.2.5 具備遠程控制

可通過RS485通訊方式實現遠程多機聯控，也可納入上位機的監控范圍。預留風冷控制輸出，可控制冷卻風扇運行以達到控制油溫的目的，從而更好的保護空氣壓縮機的穩定運行。

3.3 經濟效益及節能減排

2014年11月6日國家能源局、國家發改委、環保部等七部委聯合發布《燃煤鍋爐節能環保綜合提升工程實施方案》淘汰10噸/時燃煤鍋爐，主要是為了消減大氣污染物排放。焦家寨礦空壓機經改造，熱能回收系統投入使用后拆除了為職工澡堂供應熱水用的6噸/時燃煤鍋爐一臺。每年減少燃煤360噸、排污量87.3噸、灰渣（焦礦5#煤干基灰分平均為24.25%）、二氧化硫排放量約6.73噸（焦礦5#煤空干基全硫量平均為1.87%）、煙塵排放量為65噸。

4 結束語

空壓機余熱回收技術的應用與國家倡導的節能環保的理念是高度一致的，在節能環保的基礎上，提高了機電設備的工作效率和工作可靠性。