張發(fā)煒

（福建省永安煤業(yè)有限責(zé)任公司 福建大田 366102）

0 引言

原礦井職工洗澡用水使用鍋爐加熱，每月用煤22 t，用電量4 136 kWh。為做好高能耗設(shè)備淘汰工作，對(duì)礦井職工澡堂熱水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用兩個(gè)供熱系統(tǒng)相互結(jié)合集中供熱，一是回收螺桿空壓機(jī)產(chǎn)生的油溫余熱送至水塔；二是在職工澡堂樓頂安裝熱泵熱水器對(duì)水塔內(nèi)的冷水進(jìn)行加熱。通過(guò)兩種不同的供熱方式有效結(jié)合，為礦井的職工提供了舒適的熱水服務(wù)。

1 供熱系統(tǒng)概況

1.1 供熱系統(tǒng)組成

由即熱式空壓機(jī)熱水器（螺桿空壓機(jī)產(chǎn)生的油溫余熱回收）、熱泵熱水器、保溫水塔、保溫水管、閘閥、熱泵循環(huán)泵（管道泵）等組成。

1.2 供熱系統(tǒng)技術(shù)改造預(yù)期效果

（1）將螺桿空壓機(jī)熱能最大化的回收利用，螺桿空壓機(jī)排氣溫度在70 ℃～90 ℃之間，最高溫度不得高于105 ℃。熱水器吸收了大部分的熱量，降低了螺桿空壓機(jī)運(yùn)行溫度，使空壓機(jī)的運(yùn)行溫度控制在65 ℃～85 ℃之間，降低了空壓機(jī)的故障率，延長(zhǎng)使用壽命，提高運(yùn)行效率，達(dá)到多方面的節(jié)能效果。

（2）螺桿空壓機(jī)房與職工澡堂還有一定的距離，需要將保溫水管與職工澡堂上的水塔進(jìn)行連接。管道保溫處理采用雙層管道，中間采用聚氨酯發(fā)泡技術(shù)做保溫層，外管為PVC 管，內(nèi)管為PPR 熱水管，熱損失為0.5 ℃/100 m～0.8 ℃/100 m。熱能回收設(shè)備回收的水溫需要達(dá)到60 ℃～70 ℃，保證沿途熱量少量流失后還能確保洗浴溫度達(dá)標(biāo)。

（3）螺桿空壓機(jī)的運(yùn)行時(shí)間與礦井的掘進(jìn)工作時(shí)間有關(guān)，必須要用熱泵熱水器進(jìn)行隨時(shí)進(jìn)行加熱，確保澡堂熱水能連續(xù)有效供應(yīng)。

1.3 供熱設(shè)備技術(shù)參數(shù)及工作原理

（1）設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：即熱式空壓機(jī)熱水器，型號(hào)BSD-110，產(chǎn)水量1 900 L/h，入口水溫（5±2）℃，出口水溫（60±5）℃，電壓220 V，功率25 W，容量8 L。熱泵熱水器，型號(hào)RSJ-243，最高出水溫度60 ℃，制熱量24.3 kW，額定電壓380 V，額定輸入功率8.5 kW，額定輸入電流15 A，制熱量700 L/h。

（2）工作原理：螺桿空壓機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了高溫?zé)崃?，同時(shí)也摩擦發(fā)熱，產(chǎn)生的高溫?zé)崃坑煽諌簷C(jī)潤(rùn)滑油的加入混合成油/氣蒸氣排出機(jī)體，這部分高溫油/氣流的熱量相當(dāng)于空壓機(jī)輸入功率的3/4，它的溫度通常65 ℃～85 ℃［1］。即熱式空壓機(jī)熱水器安裝于空壓機(jī)的油循環(huán)管路中，把螺桿式空壓機(jī)的油循環(huán)中的熱量通過(guò)一次側(cè)供水口，將一次側(cè)中供應(yīng)的冷水加熱，然后通過(guò)熱水輸送管道將轉(zhuǎn)換來(lái)的熱水輸送到熱水儲(chǔ)水塔供員工生活用。在熱能的轉(zhuǎn)換過(guò)程中將空壓機(jī)的運(yùn)行溫度降低到80 ℃以內(nèi)，能保證螺桿空壓機(jī)的良好運(yùn)行，即提供了熱水又為空壓機(jī)降溫，提高了螺桿空壓機(jī)的使用壽命。

熱泵熱水器采用電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)做功，利用工質(zhì)循環(huán)把空氣中的潛熱吸收，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后變成高溫高壓氣體，對(duì)水進(jìn)行間接加熱，從而獲得較高的生活用熱水［2］。

2 存在問(wèn)題及改造措施

2.1 運(yùn)行過(guò)程中存在問(wèn)題

設(shè)備安裝使用后，在日常運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)洗浴時(shí)水溫會(huì)突然變冷、斷水的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響礦井的正常生產(chǎn)。還有熱水溫度偏低、水位信號(hào)和水溫信號(hào)故障、熱水水量不足、有時(shí)太滿溢出或斷水等問(wèn)題。每次故障需要人員上水塔檢查排除，特別是夜班時(shí)需要人員爬到水塔上檢查，存在一定安全隱患。

2.2 初始方案問(wèn)題

澡堂樓頂3 臺(tái)熱泵熱水器各負(fù)責(zé)加熱1 臺(tái)10 t 水塔（1-3#水塔），空壓機(jī)房安裝3 臺(tái)即熱式熱水器同時(shí)加熱4# 水塔，將1-4# 水塔聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)引出熱水供應(yīng)澡堂。分析水溫不夠的問(wèn)題是因?yàn)樗?nèi)水位已降低，需要給水塔續(xù)水（冷水）再次加熱而導(dǎo)致的。

2.3 技術(shù)改造措施

（1）在原計(jì)劃使用3 臺(tái)10 t 水塔（2-4# 熱水儲(chǔ)水塔）的基礎(chǔ)上增加1 臺(tái)10 t 水塔（加熱水塔1#），將冷、熱水隔離分開(kāi)儲(chǔ)存。安裝方式詳見(jiàn)圖1（改造后設(shè)備安裝示意圖）。

圖1 改造后設(shè)備安裝示意圖

（2）改變加熱方式，澡堂樓頂3 臺(tái)熱泵同時(shí)加熱1# 水塔，可有效提高熱水加熱速度，當(dāng)1# 水塔內(nèi)的水溫達(dá)到60 ℃時(shí)，利用管道泵將1# 水塔內(nèi)的熱水抽到2#、3#、4# 水塔內(nèi)儲(chǔ)存。

（3）空壓機(jī)房安裝了3 臺(tái)即熱式熱水器，出水溫度設(shè)置在60 ℃，當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)熱水直接通到2#、3#、4# 水塔內(nèi)儲(chǔ)存，即熱式熱水器空壓機(jī)熱水器出水量大。

（4）將2#、3#、4# 水塔的管路聯(lián)通（詳見(jiàn)圖2），增加1 臺(tái)循環(huán)管路泵，將2#、3#、4# 水塔內(nèi)低于40 ℃的水導(dǎo)回1# 水塔再次加熱，確保熱水供應(yīng)的穩(wěn)定性。

圖2 水塔溫度水位監(jiān)視系統(tǒng)

（5）在水塔（2-4# 熱水儲(chǔ)水塔）出水口增設(shè)溫度控制裝置，當(dāng)水塔內(nèi)水溫達(dá)到50 ℃時(shí)，電磁閥打開(kāi)往下供熱水。

（6）增加監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。增設(shè)1#、2#、3#、4# 水塔的水位、水溫傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水量、水溫是否達(dá)標(biāo)，當(dāng)水位、水溫不達(dá)標(biāo)時(shí)發(fā)出警號(hào)及時(shí)安排檢修。水溫、水位傳感器將數(shù)據(jù)采集到PLC上并進(jìn)行處理后上傳數(shù)據(jù)（溫度液位信息）到PC 機(jī)（電腦），進(jìn)行監(jiān)控水塔水溫和液位來(lái)代替人工巡檢，操作直觀而且使安全隱患發(fā)生的概率進(jìn)一步減小。其主要實(shí)現(xiàn)以下功能：溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)1#（加熱水塔）、存儲(chǔ)水塔（2#、3#、4# 水塔管路聯(lián)通）水塔溫度；溫度報(bào)警，溫度低于40 ℃（冬季溫度低于48 ℃）時(shí)報(bào)警；液位信息報(bào)警，液位低于中間液位時(shí)間歇性報(bào)警，低于30%液位時(shí)連續(xù)報(bào)警；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)記錄報(bào)警信息，并可用于打印。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

每年可節(jié)約24.51 萬(wàn)元，主要經(jīng)濟(jì)效益分析如下：

（1）空壓機(jī)房安裝3 臺(tái)即熱式空壓機(jī)熱水器，出水溫度設(shè)置在60 ℃，平均每天供熱水19 t；澡堂樓頂安裝熱泵熱水器3臺(tái)，出水溫度設(shè)置在50℃，平均每天供熱水18 t。2 套系統(tǒng)合計(jì)產(chǎn)生熱水37 t/d，每天可以為320 位職工提供充足的熱水服務(wù)。

（2）原鍋爐運(yùn)行費(fèi)用22.2 萬(wàn)元/a，維修費(fèi)用1 萬(wàn)元/a，鍋爐年檢2 次共0.2 萬(wàn)元/a，鍋爐工工資8 萬(wàn)元/a，合計(jì)31.4 萬(wàn)元/a。

（3）澡堂樓頂熱泵用電量：86 104 kWh×0.8 元/kWh（在平段和高峰用電）≈6.89 萬(wàn)元。

（4）供水且用水比較集中，選擇直出熱水方式可滿足需要。當(dāng)有人用水時(shí)即產(chǎn)即用，無(wú)人用水時(shí)可將熱水儲(chǔ)備到保溫?zé)崴渲?，直至加滿熱水箱、加熱到設(shè)定溫度50 ℃時(shí)止；當(dāng)無(wú)人用水而水溫下降時(shí)，會(huì)根據(jù)情況自動(dòng)循環(huán)加熱到設(shè)定溫度；當(dāng)水位下降時(shí)，機(jī)組會(huì)自動(dòng)補(bǔ)充熱水。本機(jī)組為全天候微電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)，無(wú)須司爐人員看管。空壓機(jī)房即熱式熱水器靠油溫進(jìn)行加熱，不需要用電加熱不產(chǎn)生用電費(fèi)用，運(yùn)行費(fèi)用為零?？諝庠礋岜脽崴鞑捎镁G色無(wú)污染的冷媒，吸取空氣中的熱量，通過(guò)壓縮機(jī)的做功，不受資源限制，新型節(jié)能、環(huán)保。

4 結(jié)語(yǔ)

供熱系統(tǒng)技術(shù)改造后，熱水的加熱時(shí)間相比減少了一半，冷水加熱塔與儲(chǔ)熱水塔分開(kāi)運(yùn)行，杜絕了冷水進(jìn)入儲(chǔ)熱水塔影響水溫，增設(shè)了水位、水溫傳感器，從而確保了熱水水量、水溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，為職工洗浴提供了充足的熱水。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用證明，通過(guò)螺桿空壓機(jī)的油溫余熱回收和熱泵熱水器相結(jié)合的方式使用效果良好，能滿足礦井職工洗浴要求。