余吾煤业压风机水冷系统改进研究

2022-01-27卢文欢张中雨李云燕

机械管理开发 2021年12期

卢文欢，张中雨，秦涛，李云燕

（潞安化工集团余吾煤业有限责任公司，山西长治 046100）

引言

余吾煤业有限责任公司是潞安化工集团投资建设的一座大型现代化矿井，井田面积160.24 km2，可采储量6.79 亿t，主采3 号煤层平均厚度6 m，其煤质为中灰、特低硫、低磷、高发热量、高熔点灰分之贫煤，是优质的动力和化工用煤。矿井服务年限81 年，包括矿井、选煤厂、铁路专用线三个单项工程，矿井及选煤厂年设计生产能力均为800 万t。

1 余吾煤业压风系统使用现状

压风机作为余吾煤业有限责任公司安全生产的一套重要动力设备，它占据着重要地位。该公司中央区压风机担负着矿井井下用风单位的供风任务，现使用的压风机为复盛SA250W-10K 型螺杆式空气压缩机，冷却方式为水冷式，共有5 台压风机[1-7]。其水冷系统的循环量为160 m3/h，总容水量为15 m3，运行时间为24 h 不间断运行，补水来源为自来水，补水量约为6～10 m3/d。

1.1 水冷系统存在的问题

压风机的正常排气温度应该为77～93 ℃，余吾煤业有限责任公司压风机的实际排气温度长期处于85 ℃以上，夏季时排气温度经常超过90 ℃，经常造成103 ℃高温跳车，影响矿井的正常供风。

1.2 原因分析

压风机水冷系统循环水每天的蒸发量巨大，使水箱中矿物质浓度不断增大，极易形成水垢，造成压风机循环管路及冷却器堵塞。

水冷系统采用的是露天开放式冷却塔进行冷却，空气中的粉尘及其他杂质也极易混入循环水中，形成污垢，进一步造成压风机管路及冷却器堵塞[8-9]。

由于冷却水循环系统是开放的，夏季时冷却塔中极容易生成大量的微生物，大多为藻类。这些微生物大量繁殖会形成黏附力很强的念泥状物质，进而附着在循环水管道的内壁和冷却器内，增加循环水的工作阻力，降低冷却塔的散热效率，并造成冷却器堵塞[10-11]。

冷却器堵塞后致使通过冷却器的循环水流量减小，循环水温度升高，进而导致压风机排气温度偏高，甚至引起压风机高温故障跳车。同时，由于循环水水温升高，加速了水垢的形成，造成恶性循环，严重影响压风机水冷系统的冷却效率。

2 解决方案

影响压风机水冷系统冷却效率的直接原因是压风机冷却器堵塞。导致压风机冷却器堵塞的主要因素如下：

1）循环水中矿物质形成的水垢。

2）空气中的粉尘及其他杂质混入循环水中形成的污垢。

3）循环水中滋生的微生物。

2.1 方案分析

为了比较彻底地消除上述主要因素对压风机水冷系统冷却效率的影响，故可将下页图1 所示的压风机原开放式水冷循环系统，改为由内部封闭式循环系统与外部开放式循环系统组成的复合式水冷循环系统，如下页图2 所示。其中内部封闭式循环系统中加入纯净水作为循环水，外部开放式循环系统中的循环水依旧采用自来水。这样由于内部封闭式循环系统中加入的循环水是纯净水，其在工作过程中基本上不会形成水垢，从而避免了因水垢造成的压风机冷却器及内循环管路的堵塞。由于外循环对循环水的消耗比较大，因此出于成本的考虑依然采用自来水作为循环水。但是需要定期对冷却塔和水箱中的水垢、杂质及其他沉淀物进行清理。同时为了降低外循环水中离子的浓度，减少水垢的形成，还需定期对外循环水进行部分或全部更换。

图1 开放式水冷循环系统

图2 复合式水冷循环系统

2.2 翅片管组件的用途

内、外部循环系统之间通过几组串联的翅片管组件，进行热交换，如图3 所示。翅片管组件作为内部循环系统的重要组成部件，在此兼作散热和储水作用，另外内部循环系统还需装补一个水桶。因为，单纯依赖翅片管组件散热容易使循环泵吸水一侧因压力低而容易沸腾，并容易造成循环泵的叶轮穴蚀。加装补水桶后既能及时补充系统中的水分损耗，又能避免循环泵叶轮过快的穴蚀。