壓風機與余熱利用系統的實踐

李艷良

（山西霍寶干河煤礦有限公司計劃企管部，山西 霍州 031400）

1 問題的提出

山西霍寶干河煤礦現有3 臺燃煤采暖鍋爐，額定產汽量：一臺10t/h，兩臺6.5t/h。冬季只需運行兩臺鍋爐即可滿足采暖需求，即礦冬季蒸汽最大需求量為13t/h 左右。總供熱負荷最大量約為8782kW。依據2015 年山西省關于《山西省大氣污染防治行動計劃實施方案》的相關通知要求，霍寶干河煤礦3 臺鍋爐均需在2016 年進行全部淘汰。

為解決燃煤鍋爐淘汰后的供熱問題，霍寶干河煤礦經過多次實際考察討論，決定對壓風機房壓風機運轉過程中產生的富裕熱量進行利用，安裝壓風機余熱利用裝置為澡堂及烘干室提供熱量。

2 壓風機余熱利用系統的設計

2.1 基礎條件分析

目前霍寶干河煤礦壓風機房安裝4 臺柳州富達機械有限公司生產的LU355W-8 型螺桿式壓風機，額定工作壓力0.8MPa，額定流量62m3/min，功率355kW，啟動方式為直接啟動，其中3 臺工作，1臺備用。壓風機房外安裝兩臺DBNL3-100T 型冷卻水塔（1 臺工作，1 臺備用）。壓風機出風口直徑為150mm，通過副井筒一趟直徑為250mm 的管路向井下供風。

2.2 壓風機余熱利用系統方案

霍寶干河煤礦為實現壓風機余熱的有效利用，解決礦井供熱問題，在壓風機房內安裝LXK3-350型空壓機熱水機4 臺，在壓風機房西側和鍋爐房二層各安裝150t 保溫水箱1 個，在烘干室安裝板式換熱器和熱風柜2 套，在加壓泵房安裝硅磷晶軟化裝置1 套，各系統之間使用鍍鋅鋼管連接，如圖1 所示。

圖1 余熱利用系統設備布置圖

壓風機運行時，熱回收設備回收壓風機熱能，壓風機停止時關閉供水系統，自動停止換熱，熱交換量會自動達到平衡，運行溫度恒定，壓風機產生多少熱量，熱水機就回收多少熱量。當熱量無法用完時自動啟動原有散熱系統給空壓機設備降溫，使空壓機溫度恒定在75~95℃之間。最終將壓風機余熱產生的熱水，先進入衣服烘干房的烘干系統，再進入熱水保溫水箱，供職工洗澡，實現了壓風機余熱的充分利用，解決了礦井供熱問題。壓風機余熱利用裝置工作原理如圖2 所示。

圖2 壓風機余熱利用裝置工作示意圖

該余熱利用裝置采用自動化控制系統。采用光纖傳輸，可顯示控制水溫、水壓、流量、水泵工作狀態、保溫水箱液位、熱交換機工作狀態、壓風機進油溫度、出油溫度，并生成報表。自動化控制系統原理如圖3 所示。

圖3 余熱交換器控制原理圖

3 壓風機余熱利用系統的核心技術及創新點分析

（1）實現兩者的互補高效利用。霍寶干河煤礦本次改造結合本礦實際情況，在不影響壓風機正常運轉情況下，利用壓風機余熱利用裝置高效的熱量轉換，使壓風機運轉過程中產生的熱量得到充分利用。項目實施后通過熱量轉換降低了壓風機運轉過程中自身的溫度，提高了壓風機的運轉效率，延長了設備的使用壽命。壓風機與余熱利用裝置實現了互補高效利用，既保證了礦井正常生產供風，又解決了工業廣場的供熱問題。

（2）選用具有先進技術水平的高效螺桿式壓風機。螺桿式壓風機是容積式壓縮機的一種，空氣的壓縮是靠置于機殼內互相平行嚙合的陰陽轉子的齒槽容積變化來完成的。轉子在與它精密配合的機殼內轉動使轉子齒槽之間的氣體不斷地產生周期性的容積變化而沿著轉子軸線由吸入側推向排除側，完成吸入、壓縮、排氣三個工作過程。該壓風機具有優良的可靠性能，機組質量輕、振動小、噪聲低、操作方便、易損件少、運行效率高。

（3）安全第一，兩套系統互為備用。為保證工業廣場的正常供熱，保證職工的基本生活需要，烘干房的水泵、板式換熱器、熱風柜均采用一用一備，設備檢修不影響衣服烘干。水溫調節器采用一用一備2 臺機，設備檢修不影響員工洗澡。原有的洗澡系統與新增空壓機熱水系統為并聯模式，可以隨時切換，不會影響正常使用。原有的烘干衣服系統單獨配置，互不干擾，單獨使用，任何一方出現問題均不會影響整個系統。

（4）空壓機熱水機配自動干燒除垢功能，通過壓縮空氣把換熱器的水吹出到水箱，換熱器管壁沒有水受熱，水垢與管的熱脹冷縮系數不同，水垢開裂脫落，達到除垢目的。除垢系統可設定除垢時間和間隔時間。先進的全自動水垢清洗裝置自動清洗空壓機熱水機內部的水垢，使空壓機熱水機的使用壽命延長。

（5）空壓機熱水系統增加切換裝置，系統維修或不用空壓機熱水機時可把油路手動切換到原有的空壓機運行系統狀態，而不至于影響空壓機及熱水機的維修使用。

（6）壓風機和熱水機油管氣管連接均安裝減振的金屬軟管，降低設備運轉過程中因溫度變化造成的水流及氣流變化對管路造成的沖擊，提高管路的使用壽命，提高設備運轉的安全可靠性。

4 效益分析

（1）霍寶干河煤礦需要的蒸汽量為26.6t/d，按照山西省臨汾市蒸汽價格工業用汽120 元/t 計算，節省費用3192 元/d，全年按365d 計算，每年可節省費用116.5 萬元。350kW 空壓機散熱風扇約為12kW，同時運行2 臺空壓機的散熱風扇總功率為24kW，改造后可節約90%以上的電費約11.3 萬元。兩項合計年節約費用127.8 萬元。

（2）根據方案設計，除幾臺水泵外，該項目基本沒有負荷，后期運行費用很低，不需要安排專門人員進行控制，節省了人工監控費用。

（3）壓風機余熱利用系統基本的設備組件均為機械組件，每天只需正常檢查，維護費用很低，同時安裝自動水垢清洗裝置，自動清洗空壓機熱水機內部的水垢，使空壓機熱水機的使用壽命延長。

（4）壓風機余熱利用既解決了長期困擾霍寶干河煤礦燃煤鍋爐造成的環境污染問題，又通過回收本來廢棄不用的工業余熱進行集中供熱，節約一次能源，提高經濟效益和減少污染達到了節支降耗的目的，同時實現了壓風機節能、高效運轉。