關(guān)于空壓機熱回收裝置在煤礦中的應(yīng)用

倪有李

煤炭工業(yè)合肥設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 安徽 合肥 230000

引言

從大量煤礦開采經(jīng)驗來看，一般空壓機在運行過程中，真正用于提高空氣勢能消耗的電能，在總耗電量中僅占15%左右，而剩余的85%則都被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚@部分能量通常通過風(fēng)冷或水冷方式被排出，這會浪費大量能源。若能夠合理應(yīng)用這部分熱能，勢必可以降低供熱成本，提高經(jīng)濟效益。因此，煤礦開采時，要安裝熱回收裝置，通過對該裝置進(jìn)行應(yīng)用，回收空壓機熱能，最終達(dá)到節(jié)能減排目的。

1 煤炭行業(yè)對于節(jié)能的需求

目前，我國已經(jīng)成為第一產(chǎn)煤和消費大國，我國煤炭行業(yè)在實際發(fā)展過程中面臨著巨大挑戰(zhàn)。而受進(jìn)口煤沖擊，國內(nèi)煤炭行業(yè)投入過快，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩問題，以及煤炭供應(yīng)繼續(xù)收縮等多項因素影響，煤炭企業(yè)在發(fā)展過程中，盈利能力持續(xù)降低，煤炭企業(yè)為了提高企業(yè)經(jīng)濟收益，在運行期間不僅需要“開源”而且要進(jìn)行“節(jié)流”，要提高能源利用率，加強在能源節(jié)約方面的控制，這也就為余熱回收市場提供了很大市場機會[1]。煤礦浴室用水一般都采用蒸汽進(jìn)行加熱處理，而這部分熱量可以利用空壓機余熱回收裝置加熱供熱洗澡用水，這能夠大幅度減少供熱消耗資源，從而達(dá)到節(jié)約能源，提高經(jīng)濟效益的目的[2]。下面進(jìn)行舉例說明：某煤礦內(nèi)的浴室系統(tǒng)一共設(shè)置了8個28m3浴池和淋浴系統(tǒng)若干，原浴池用水采用蒸汽模式進(jìn)行加熱處理，在浴池外建設(shè)了6個蓄水池，每天都利用蒸汽加熱水，完成熱水加熱之后，利用水泵系統(tǒng)將經(jīng)過加熱的熱水送到浴室內(nèi)，從而為礦區(qū)內(nèi)工人洗浴使用。從煤礦規(guī)模和工作人員數(shù)量來看，每天消耗熱水量超過了800t，用于礦工洗澡的用水溫度在42℃[3]。該煤礦一共設(shè)置了6臺375kW的噴油螺桿空壓機和2臺250kW噴油螺桿空壓機。相關(guān)工作人員對煤礦生產(chǎn)過程形成的數(shù)據(jù)和熱量進(jìn)行計算，通過分析與計算結(jié)果，采用空壓機余熱回收裝置進(jìn)行熱量回收，將回收的熱量用于加熱浴池水，完全可以滿足應(yīng)用需求，不需要采用蒸汽加熱，這也就大幅度降低了能源消耗量，提高了煤礦企業(yè)在實際生產(chǎn)期間的經(jīng)濟效益。

2 空壓機熱回收裝置的應(yīng)用探究

2.1 熱回收系統(tǒng)的含義

本次設(shè)計的熱回收系統(tǒng)主要由換熱端﹑循環(huán)端﹑用熱端﹑監(jiān)控系統(tǒng)等多個部分共同構(gòu)成，通過對冷卻水進(jìn)行與應(yīng)用，從而實現(xiàn)對煤礦空壓機在運行過程中產(chǎn)生的廢熱或余熱進(jìn)行回收，將其作為工業(yè)用水或人們生活用水，達(dá)到節(jié)能減排目的。該系統(tǒng)在實際運行過程中，實現(xiàn)了廢熱的回收利用，從而降低冷凝熱對生態(tài)環(huán)境造成的污染。

2.2 合理選擇熱回收裝置

針對熱回收系統(tǒng)中設(shè)置的各項熱回收裝置的選擇要依據(jù)現(xiàn)場具體情況﹑排放中存在的各種有害氣體﹑當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r各項因素，綜合分析，最終完成選擇。在進(jìn)行熱回收裝置選擇時，要盡量采取熱回收效果好﹑投資低的設(shè)備，一共對比了三種不同類型裝置，具體情況如表1所示。

表1 三種不同熱回收裝置的對比

通過對表1中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析﹑判斷，最終選擇MM250-2S型螺桿式空壓機，其在具體運行過程中額定功率為250kW，采用的噴油 HRS-COMP-250 型熱回收裝置相匹配，能夠達(dá)到250kW功率的具體要求，并且能夠滿足回收熱要求，實現(xiàn)對廢熱的回收利用。

2.3 系統(tǒng)熱交換原理的分析

礦用空氣壓縮機在具體運行過程中，會產(chǎn)生大量的高壓高溫油氣，一般來說，油氣溫度通常都會在80-100℃之間，其會攜帶大量能量，如果不及時采取合理措施將熱量排放，將會導(dǎo)致排氣溫度和電機局部溫度發(fā)生偏高問題，這一方面會縮短壓縮機壽命，導(dǎo)致壓縮機在運行過程中出現(xiàn)各種不同類型故障，另一方面也會對壓縮空氣質(zhì)量造成不良影響[4]。若利用冷卻系統(tǒng)將熱量排出，會浪費大量能源，降低經(jīng)濟效益，而且還會對生態(tài)環(huán)境造成破壞。為了使上述問題能夠得到解決，通過熱回收取代原冷卻系統(tǒng)，從而將油氣攜帶熱量合理轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷責(zé)崴@一部分熱水可以供工業(yè)或人們生活應(yīng)用。

2.3.1 熱交換工作原理。噴油螺桿式空壓機是空壓機-余熱回收系統(tǒng)中一項重要設(shè)備，噴油螺桿式空壓機熱量交換作業(yè)原理如下：空氣經(jīng)過過濾之后，會被運輸?shù)綁嚎s主機中，空壓機在運行期間，空壓機會與注入系統(tǒng)內(nèi)的潤滑油充分混合，經(jīng)過壓縮處理之后，混合氣體將會由壓縮室排入到油氣分離桶內(nèi)，從而獲取到高壓高溫的氣和油[5]。具體作業(yè)開展期間，經(jīng)過處理之后，分離出來的高溫高壓油經(jīng)過油溫溫控閥，在空壓機熱水機內(nèi)完成對熱量的有效交換，熱量交換完成之后，經(jīng)過油冷卻器﹑溫控閥﹑油壓過濾器，最終返回到油路，然后進(jìn)入到下一個循環(huán)，完成對余熱的應(yīng)用。此外，通過分離而獲取到的高溫高壓氣體，其會被輸送到空壓熱機熱水機中，在其中完成熱量交換，最終釋放氣體。

2.3.2 熱水循環(huán)流程。空壓機工作過程中會產(chǎn)生大量的高溫高壓油氣，在實際生產(chǎn)作業(yè)開展期間，常溫水經(jīng)過熱交換之后，溫度將會升高，通過對供熱系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，將經(jīng)過加熱處理，溫度達(dá)到一定高度的熱水存儲到保溫水箱中，再通過對供熱系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，將熱水運輸?shù)较丛杼玫壤脽崴畢^(qū)域，而沒有被應(yīng)用的熱水，會通過保溫水箱再次流回到水泵內(nèi)，再次加熱處理[6]。從整體情況來看，水的循環(huán)過程在依靠水泵的基礎(chǔ)上實現(xiàn)，同時，通過水位控制器和溫度控制器，完成對水位的補充。利用出口水溫控制閥進(jìn)入到洗澡堂，將熱水作為人們的洗澡用水，多次循環(huán)，實現(xiàn)對熱水的合理應(yīng)用，熱水循環(huán)流程如圖1所示。

圖1 熱水循環(huán)流程

3 采用空壓機熱回收裝置存在的問題及解決措施

在煤礦行業(yè)中對空壓機熱回收裝置進(jìn)行應(yīng)用，以加熱洗澡水作為核心目的，從我國煤炭行業(yè)的整體發(fā)展情況來看，礦上洗澡主要采用地下水，而且每天洗澡都會消耗大量地下水，而對地下水質(zhì)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，地下水水質(zhì)硬度及碳酸鈣含量都偏高，這也就導(dǎo)致空壓機回收裝置在具體應(yīng)用期間，將會使換熱器內(nèi)部形成大量水垢，而水垢的出現(xiàn)，會降低熱回收裝置在運行時的效率。下面，以某個煤礦現(xiàn)場熱回收裝置的應(yīng)用情況為例進(jìn)行探討，該區(qū)域內(nèi)的地下水源碳酸鈣較高，在未對地下水質(zhì)進(jìn)行處理前，余熱回收裝置二次換熱器在運行6個月之后，在熱換器中產(chǎn)生了大量水垢，這一現(xiàn)象的發(fā)生導(dǎo)致?lián)Q熱器裝置中的部分換熱管發(fā)生堵塞問題，整個裝置在運行期間，產(chǎn)熱水量只能達(dá)到正常值的10%，這導(dǎo)致裝置無法正常運行[7]。

由于涉及煤礦工人洗浴用水，因此，礦方并不允許直接將藥劑加入到洗澡水中對水源進(jìn)行軟化處理，避免對煤礦工人身體造成傷害。基于此，進(jìn)行了分析與討論，同時，結(jié)合實際經(jīng)驗和成功應(yīng)用，提出了以下幾種具有針對性的解決方案，從而減少結(jié)垢的出現(xiàn)，或者延長換熱器應(yīng)用時長，降低項目后期維護(hù)成本，提高經(jīng)濟效益。

煤礦企業(yè)中采用的熱回收裝置采取的為二次換熱，高效熱能回收裝置與二次板換之間采取經(jīng)過軟化處理后的水，這可以避免由于水源含有較高的鈣鎂離子而導(dǎo)致高效熱能回收裝置在長期應(yīng)用過程中而出現(xiàn)大量結(jié)垢問題，為了確保其可以滿足應(yīng)用需求，避免頻繁對其進(jìn)行清洗，確保其能夠滿足應(yīng)用需求。采取上述方式處理之后，只需要定期清洗二次換板上產(chǎn)生的水垢。

將硅磷晶除垢劑安裝在浴室進(jìn)水總管上，通過對其進(jìn)行應(yīng)用，能夠有效延緩由于水質(zhì)問題而引起的高效熱能回收裝置結(jié)垢情況等發(fā)生，避免相應(yīng)設(shè)備遭受破壞。

定期將除垢劑投入到水源中，通過添加除垢劑方式，可以有效延緩高效熱能回收裝置在具體應(yīng)用過程中結(jié)垢情況的發(fā)生。

降低煤礦浴室端出水溫度，將水溫溫度控制在60℃以下，避免出水溫度過高，加劇熱能回收裝置內(nèi)結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生。此外，安超聲波除垢儀，對其進(jìn)行應(yīng)用，能夠有效緩解熱能回收裝置在應(yīng)用過程中結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生，實現(xiàn)對裝置的保護(hù)。

為了更好發(fā)揮空壓機熱回收裝置的作用，針對煤礦行業(yè)，應(yīng)當(dāng)要先對煤礦水質(zhì)進(jìn)行分析，確定水質(zhì)是否能夠達(dá)到熱回收裝置應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，若可以直接應(yīng)用，則可以提高整個項目在實際運行期間的經(jīng)濟效益；如果通過分析確定煤礦區(qū)水源水質(zhì)堿度和硬度都較高，可以采取預(yù)處理方式對地下水源進(jìn)行處理，具體處理主要采取化學(xué)和物理方式，通過數(shù)據(jù)理論說服客戶采取這種模式。

4 空壓機熱回收裝置的應(yīng)用效果

空壓機在工作過程中會產(chǎn)生大量余熱，這一部分余熱如果直接排放，勢必會造成嚴(yán)重能源浪費問題，其中熱能浪費主要集中在空壓機中，而對余熱進(jìn)行回收，實現(xiàn)對這部分資源的有效利用，不僅可以減少能源浪費現(xiàn)象，而且具有不錯經(jīng)濟效益，可謂一舉兩得，同時，在緩解環(huán)保壓力方面也發(fā)揮出了巨大作用，這對日后節(jié)能減排工作的順利開展來說意義重大。通過對大量煤礦生產(chǎn)經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，將余熱回收裝置應(yīng)用到煤礦中，其作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

通過對空壓機余熱進(jìn)行合理應(yīng)用，一方面能夠使空壓機在運行過程中出現(xiàn)的散熱問題能夠得到解決，另一方面也能夠避免壓縮機由于溫度過高，縮短空壓機壽命，與此同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)對熱能的合理回收再利用，這不僅能夠達(dá)到節(jié)能目的，而且能夠改善生態(tài)環(huán)境。

通過回收余熱，可以將回收的熱量用于加熱水，加熱的水主要用于煤礦工作人員洗浴使用，這能夠減少用于加熱水而消耗的不可再生能源。

通過對空壓機熱回收裝置的應(yīng)用，利用回收預(yù)熱取代煤礦中部分燃煤鍋爐，減少燃煤鍋爐的應(yīng)用，這從間接上來說對燃煤鍋爐也是一種保護(hù)，減少燃煤鍋爐在應(yīng)用過程中各種事故的發(fā)生，從而減少燃煤鍋爐檢修作業(yè)量，減少相應(yīng)配套設(shè)施，降低成本。

回收熱量能夠有效降低空壓機房內(nèi)溫度，避免由于溫度過高而損壞設(shè)備。

降低污染，最為顯著的作用就使空氣質(zhì)量能夠得到進(jìn)一步提高，改善作業(yè)環(huán)境，以免對人們健康造成危害。

5 結(jié)束語

對于煤礦企業(yè)來說，通過對煤礦內(nèi)的空壓機安裝熱回收裝置，不僅可以減少能源浪費，而且通過利用輔助自控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守，減少浴室操作人員作業(yè)量，降低原有浴室用水維護(hù)成本，這一方面能提高經(jīng)濟效益，另一方面也能減小對生他環(huán)境的污染和破壞改善。