摘 要：溫室效應(yīng)的原因是二氧化碳的超量排放。而其根源是各種燃料燃燒排放。為了改善環(huán)境，減少能耗，全球都在探索資源循環(huán)使用，避免造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染，同時(shí)還能為企業(yè)降低成本。本文通過對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收利用，效果理想。分析當(dāng)前空壓機(jī)余熱回收現(xiàn)狀、余熱回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī);余熱;回收;效果

0 引言

在綜采工作面中，為了達(dá)到節(jié)能生產(chǎn)的目的，對(duì)工作面采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、輸送機(jī)以及液壓支架等大型機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的控制進(jìn)行不斷優(yōu)化，進(jìn)而避免能源的過度消耗。另外，充分回收利用煤炭生產(chǎn)過程中的能量同樣也能夠間接達(dá)到節(jié)能減排的目的。壓縮空氣作為綜采工作面生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿υ粗?，由空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生?？諝鈮嚎s機(jī)（空壓機(jī)）是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而達(dá)到提升氣體壓力的機(jī)械設(shè)備，并被廣泛應(yīng)用于煤礦井下的生產(chǎn)中[1-2]。經(jīng)研究表明，空氣壓縮機(jī)在正常運(yùn)行過程中真正能夠提高空氣勢(shì)能的電能僅占15%，其余85%的電能以熱量的形式排放至空氣中，大大造成了電能的浪費(fèi)。為了解決上述問題，需對(duì)85%電能所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收利用，不僅能夠降低能源成本，還能夠達(dá)到環(huán)保的目的。本文將著重研究礦井地面空壓機(jī)余熱的回收利用。

1 空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

空壓機(jī)余熱回收的核心思想是將空壓機(jī)正常運(yùn)行過程中未被充分利用的85%的熱能進(jìn)行充分利用。其主要途徑為將空氣中的熱能傳遞至水中，使得水溫升高，將加熱后水用于職工洗澡、車間采暖以及工業(yè)用熱水等，這樣不僅達(dá)到設(shè)備降溫，提升設(shè)備運(yùn)行效率、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空氣中熱能的充分利用，以達(dá)到節(jié)能減排，降低煤礦運(yùn)行成本的目的。

經(jīng)研究可知，目前該礦空氣壓縮機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中存在以下問題：

①無法對(duì)空氣壓縮機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行充分回收利用，造成了大量熱能的浪費(fèi)[3];

②盡管當(dāng)前余熱回收系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)余熱的部回收利用，但是該系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)回收系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而無法達(dá)到對(duì)余熱回收系統(tǒng)的智能化控制。

2 空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 余熱回收流程設(shè)計(jì)

①由于空壓機(jī)在啟動(dòng)初期潤(rùn)滑油溫度低，故在啟動(dòng)初期可將潤(rùn)滑油直接通過旁通回路進(jìn)入空壓機(jī)的機(jī)頭[4];

②待空壓機(jī)潤(rùn)滑油溫度升高后，旁通回路關(guān)閉，潤(rùn)滑油經(jīng)一次板式換熱器與軟水進(jìn)行熱交換;

③系統(tǒng)中引入PLC控制系統(tǒng)對(duì)其中水箱水位、管道泵運(yùn)行及水溫情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及需求啟停換熱循環(huán)管道泵;

④待換熱循環(huán)管道泵開啟后，根據(jù)回水溫度及水箱水位判斷是否需要?jiǎng)幼魅ㄇ蜷y。

2.2 設(shè)備選型

由上述余熱回收流程可知，該余熱回收系統(tǒng)的核心及關(guān)鍵設(shè)備包括有一次換熱設(shè)備、二次換熱設(shè)備、管道泵、保溫水箱、相應(yīng)傳感器以及PLC控制器等。其中，換熱設(shè)備是實(shí)現(xiàn)余熱充分回收的關(guān)鍵[5]。為達(dá)到對(duì)空壓機(jī)余熱的充分回收，本系統(tǒng)采用一次換熱和二次換熱設(shè)備兩種。

一次換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)依據(jù)：潤(rùn)滑油進(jìn)油溫度為90℃，回油溫度為70℃;軟化水進(jìn)水溫度為55℃，回水溫度為85℃。

二次換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)依據(jù)：軟化水進(jìn)水溫度為85℃，回水溫度為55℃;生活水進(jìn)水溫度為20℃，回水溫度為60℃。

換熱設(shè)備的關(guān)鍵選型參數(shù)為換熱器面積，根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)可通過公式進(jìn)行計(jì)算得出換熱器所需的面積：

式中：k為富裕系數(shù)，一般取1.1;Q為換熱功率;β為換熱器污垢系數(shù)，一般取0.8;k為換熱器的傳熱系數(shù)，其中一次換熱設(shè)備k1=800W/（m2·℃）、二次換熱設(shè)備k2=3000W/（m2·℃）;Δt1為一次換熱器設(shè)備中潤(rùn)滑油進(jìn)油溫度與軟化水回水溫度差5℃;Δt2為二次換熱設(shè)備中軟化水進(jìn)水溫度與生活水回水溫度差25℃。經(jīng)計(jì)算可得，一次換熱器所需面積S1=28m2;二次換熱器所需面積S2=11m2。

選型結(jié)果：一次換熱設(shè)備：BRO0.24，4套;二次換熱設(shè)備：BRO0.24，2套（用一備一）。

3 余熱系統(tǒng)應(yīng)用效果評(píng)估

為驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)余熱回收系統(tǒng)的可行性，特對(duì)該余熱回收系統(tǒng)下的熱量回收及熱水量進(jìn)行評(píng)估計(jì)算。

3.1 空壓機(jī)耗能現(xiàn)狀分析

本文僅對(duì)地面空壓機(jī)的耗能情況進(jìn)行分析，空壓機(jī)的功率為220kW，每天工作時(shí)長(zhǎng)為18h，共有3臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行，可計(jì)算出地面空壓機(jī)每天的耗能11880kW·h。

3.2 熱量回收預(yù)測(cè)

3.2.1 回收熱量的計(jì)算

空壓機(jī)潤(rùn)滑油所吸收熱量計(jì)算公式如下：

Q=cmΔt/3600。

式中：m為潤(rùn)滑油每小時(shí)流經(jīng)換熱設(shè)備的質(zhì)量，取10.26t/h;c為潤(rùn)滑油的比熱容，取2030J/（kg·℃）;Δt為溫差，取20℃;1kW·h電的熱能為860kcal。

帶入數(shù)值計(jì)算得Q=116kW。

回收率P=Q/Q空。

式中：Q空為空壓機(jī)的功率，取220kW;Q為換熱功率，取116kW。代入數(shù)值計(jì)算得P為53%。

每天回收的熱量為Q回收。

Q回收=

11880kW·h/d×53%×860kcal/kW·h=5414904kcal/d

3.2.2 生產(chǎn)熱水量的預(yù)測(cè)

本文以夏季為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，設(shè)夏季生活水進(jìn)水溫度為20℃，回水溫度為60℃。經(jīng)計(jì)算可知，每噸水每提升1℃所需的熱量為1000kcal。則由該系統(tǒng)回收的熱量所產(chǎn)生水量Q水=135t。

一年按照300d計(jì)算，則一年可由空壓機(jī)余熱回收熱量所產(chǎn)生的熱水總量為4.05萬t。根據(jù)礦井每年所需洗浴熱水量為8.42萬t，總費(fèi)用為66.31萬元。則可知，采用空壓機(jī)余熱回收利用的方案后每年可節(jié)約費(fèi)用為：4.05萬t×66.31萬元/8.42萬t=31.89萬元。

4 結(jié)語

空壓機(jī)作為煤礦井上、地面正常生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備，其在正常運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的85%的熱量均被浪費(fèi)至空氣中。為了響應(yīng)節(jié)能減排政策的號(hào)召，應(yīng)充分利用散發(fā)至空氣中的熱量。針對(duì)地面空壓機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中熱量未被充分回收的問題，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的余熱回收系統(tǒng)，預(yù)計(jì)每年可由空壓機(jī)回收的熱量所產(chǎn)生熱水量為4.05萬t，每年共可節(jié)約費(fèi)用為31.89萬元，為挖金灣礦節(jié)能生產(chǎn)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

段雪姣（1984- ），女，山西祁縣人，本科，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，機(jī)械助理工程師，從事煤礦機(jī)電設(shè)備管理工作。