楊磊

【摘要】本文闡述了城郊煤礦西風(fēng)井空壓機(jī)余熱回收利用研究的意義、研究目標(biāo)，分析了城郊煤礦西風(fēng)井的運(yùn)行現(xiàn)狀，并針對(duì)瓶頸問(wèn)題作出具體的實(shí)施方案，提高了空壓機(jī)運(yùn)行效率，延長(zhǎng)了使用壽命。最后，本文對(duì)空壓機(jī)熱回收可操作性以及關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了深入的分析，從整體角度上對(duì)余熱回收進(jìn)行分析研究，找出了最優(yōu)的利用方案，不但要確?？諌簷C(jī)余熱得以充分利用，延長(zhǎng)空壓機(jī)的使用壽命，而且井口溫度得以大幅度的提高，真正實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

【關(guān)鍵詞】空壓機(jī)；余熱；回收；利用；節(jié)能

一、引言

城郊煤礦西風(fēng)井，井徑5m，井深512.5m，2012年裝備了一套提升系統(tǒng)，用于提升井下西翼矸石；目前西風(fēng)井經(jīng)風(fēng)量為8000m3/min，風(fēng)量較大；西風(fēng)井地面共安裝兩臺(tái)熱風(fēng)爐，每臺(tái)熱風(fēng)爐額定進(jìn)風(fēng)量為652m3/min，為確保井口溫度不缺低于2℃，每年冬季需開(kāi)啟地面熱風(fēng)爐對(duì)井筒進(jìn)行供暖。而西風(fēng)井地面壓風(fēng)機(jī)房共安裝5臺(tái)SA350A-6K-T型螺桿式壓縮機(jī)，向西風(fēng)井井下進(jìn)行供風(fēng)。

1.熱風(fēng)爐于2008年開(kāi)始投入使用，經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)轉(zhuǎn)，目前效率低下，而目前西進(jìn)風(fēng)量風(fēng)量較大，熱風(fēng)爐熱風(fēng)量無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求；

2.熱風(fēng)爐僅能通過(guò)熱風(fēng)道向井口供暖，井口氣溫較低，冬季氣溫較低時(shí)崗位工不能正常工作；

3.每年熱風(fēng)爐需燃煤500噸，成本投資較大；熱風(fēng)爐運(yùn)行燃燒，產(chǎn)生大量的CO2等廢氣對(duì)空氣造成嚴(yán)重污染；

4.空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的壓縮熱，壓縮熱消耗的能量占機(jī)組運(yùn)行功率的85%，5臺(tái)壓縮機(jī)全部采用風(fēng)冷方式進(jìn)行散熱，這部分能量通過(guò)風(fēng)冷方式交換到大氣當(dāng)中，不能得到回收和利用，被白白地浪費(fèi)掉。

二、項(xiàng)目意義

當(dāng)前，節(jié)能減排是國(guó)家發(fā)展規(guī)化中首要考慮的重要任務(wù)，政府陸續(xù)發(fā)布了加強(qiáng)節(jié)能工作的決定，制定了促進(jìn)節(jié)能減排的一系列政策措施，各地區(qū)、各部門(mén)相繼做出了工作部署。

節(jié)能減排是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的重大舉措，節(jié)能減排是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇，節(jié)能減排對(duì)于調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式、提高人民生活質(zhì)量具有極其重要而深遠(yuǎn)的意義。

與此同時(shí)，各項(xiàng)節(jié)能的新技術(shù)、新成果被不斷的展現(xiàn)在大眾面前，如何選擇一個(gè)適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的節(jié)能新技術(shù)是作為企業(yè)管理者應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重要課題。

壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力源之一。由于其具有安全、無(wú)公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在不斷提高系統(tǒng)效率的同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的壓縮熱，壓縮熱消耗的能量占機(jī)組運(yùn)行功率的85%，通常這部分能量通過(guò)機(jī)組的風(fēng)冷或水冷系統(tǒng)交換到大氣當(dāng)中。所以壓縮機(jī)的熱回收是持續(xù)降低空氣系統(tǒng)損耗，提高生產(chǎn)力的必要手段。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，空氣系統(tǒng)的存在的系統(tǒng)浪費(fèi)約15-30%。這部分損失，是否可以通過(guò)全面的系統(tǒng)解決方案來(lái)消除，是否能利用新的回收技術(shù)二次利用，來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排目標(biāo)，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，是擺在空壓機(jī)使用企業(yè)的一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)。

如何結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，采取回收空壓機(jī)多余熱量，用于西進(jìn)風(fēng)井冬季井筒及井口供暖，即達(dá)到節(jié)能減排又實(shí)現(xiàn)氣/熱聯(lián)產(chǎn)的目的，對(duì)降低礦井生產(chǎn)成本和節(jié)能減排具有重要意義。

三、研究目標(biāo)

1.本文通過(guò)分析空壓機(jī)的運(yùn)行狀況，回收空壓機(jī)多余熱量，代替熱風(fēng)爐向井口井筒供暖，既能夠幫助企業(yè)節(jié)約能源消耗，又能夠間接減少CO2的排放，達(dá)到節(jié)能減排，節(jié)約成本的目的。

2.空壓機(jī)作為礦井的主要設(shè)備，通過(guò)對(duì)西風(fēng)井空壓機(jī)余熱回收利用裝置進(jìn)行技術(shù)改造，提高余熱回收利用能力，為礦井地面壓風(fēng)機(jī)預(yù)熱利用積累應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

四、空壓機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀

西風(fēng)井空壓機(jī)全部采用螺桿式，它的結(jié)構(gòu)和工作原理決定它的絕熱效率在0.65-0.85之間，對(duì)于空氣壓縮機(jī)，供油溫度一般在50℃-60℃之間，高的排氣溫度會(huì)導(dǎo)致跟多的潤(rùn)滑油處于氣象，增加油氣分離的難度，減低潤(rùn)滑油的使用壽命，除了機(jī)械摩擦導(dǎo)致的熱能損失外，主要是因?yàn)閴嚎s氣體時(shí)熱能轉(zhuǎn)換的熱能損失，壓縮機(jī)的絕熱效率僅有65%-85%。其中的絕大部分能量通過(guò)各種形式被消耗，最終變成熱能排放到空氣中。西風(fēng)井空壓機(jī)散熱溫升平均為45℃，風(fēng)量為950m3/min，這部分能量被白白的浪費(fèi)掉。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量每臺(tái)壓縮機(jī)散熱溫升平均為45℃，風(fēng)量為950m3/min，熱功率約240KW。按照熱損失系數(shù)為5%的情況下，開(kāi)啟三臺(tái)壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量對(duì)西進(jìn)風(fēng)井井筒進(jìn)行供暖，在大氣氣溫不低于-3℃時(shí)，能保證井口溫度不低于2℃。

五、具體實(shí)施方案

1.為充分將每臺(tái)壓縮機(jī)開(kāi)啟時(shí)產(chǎn)生的余熱進(jìn)行收集，分別在每一個(gè)壓縮機(jī)余熱出風(fēng)口安裝一個(gè)百葉窗，當(dāng)壓風(fēng)機(jī)開(kāi)啟時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟相應(yīng)的百葉窗，壓風(fēng)機(jī)停止時(shí)，關(guān)閉相應(yīng)的的百葉窗；

2.余熱出風(fēng)口采用一趟斷面為1m×1m的風(fēng)筒連接，余熱通過(guò)此風(fēng)筒輸送到褲襠開(kāi)處，在褲襠口處安裝兩臺(tái)2×15kw軸流式通風(fēng)機(jī)，余熱通過(guò)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)直接供往井口；

3.另由井口房南側(cè)也采用斷面為1m×1m風(fēng)筒引入井口房?jī)?nèi)，在井口房?jī)?nèi)分別采用1000mm×500mm兩趟風(fēng)筒一個(gè)水平引至井口房?jī)砷T(mén)口處；

4.在井口房南側(cè)熱風(fēng)道內(nèi)安裝一個(gè)風(fēng)門(mén)，正常是關(guān)閉此風(fēng)門(mén)，直接向井口房?jī)砷T(mén)口處供暖，當(dāng)溫度較低時(shí)打開(kāi)風(fēng)門(mén)，直接向井筒供暖；

5.分別在每個(gè)空壓機(jī)出風(fēng)口及井口安裝一個(gè)指針式壓力表，用于觀察和控制溫度；

6.為確保熱損失系數(shù)降到最小，對(duì)風(fēng)筒采用30mm厚橡塑板進(jìn)行保溫。

六、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

1.通過(guò)對(duì)空壓機(jī)運(yùn)行狀況的分析，采用余熱回收利用技術(shù)方案后，提高了空壓機(jī)運(yùn)行效率，延長(zhǎng)了使用壽命；

2.回收空壓機(jī)多余熱量，用于井口井筒供暖，代替熱風(fēng)爐，不但減少溫室氣體排放，節(jié)能環(huán)保，而且為工人創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境；

3.通過(guò)在壓風(fēng)機(jī)回收利用裝置及風(fēng)筒上增加兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)，不但提高了風(fēng)速，而且提高了余熱回收利用的效率，使空壓機(jī)余熱得到充分利用。

4.降低礦井生產(chǎn)成本，有利于礦井可持續(xù)發(fā)展；

5.一次投資，永久受益，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，運(yùn)行可靠。

七、經(jīng)濟(jì)效益

空氣壓縮機(jī)是廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域的通用機(jī)械，但輸入的電能中約85%的能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s熱，并被各種冷卻器及排風(fēng)扇帶走并排放到環(huán)境中。根據(jù)相應(yīng)類(lèi)型壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行改造，將其熱量回收，結(jié)合工廠實(shí)際情況將這些熱源進(jìn)行利用，那么就可以變廢為寶，將原本排入環(huán)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(jī)為例，可以在一天內(nèi)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(shí)減少了CO2向大氣的排放。

160kW壓縮機(jī)每年的節(jié)能效果如下：

回收熱能：>30×108kJ

折合節(jié)約燃油：70t

折合節(jié)約天然氣：80，250Nm3

節(jié)約燃煤：144t

節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤：104t

八、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)空壓機(jī)余熱的理論分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等手段，實(shí)現(xiàn)從整體角度上對(duì)余熱回收進(jìn)行分析研究，找出最優(yōu)的利用方案，不但要確?？諌簷C(jī)余熱得以充分利用，延長(zhǎng)空壓機(jī)的使用壽命，而且井口溫度得以大幅度的提高，真正實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。