戴立明，王正



矿用空压机余热高效回收利用技术与应用

戴立明1，王正2

（1.江阴市华西和林矿业有限公司，江苏 无锡 214400；2.江阴华西钢铁有限公司，江苏 无锡 214420）

空压机余热回收系统在洗浴供热过程中存在散热量大、热量供应不稳定、换热效率低、维护保养超员等问题，通过对原始的空压机余热系统进行改进，采取了增设智能控制系统，安装双蓄能水箱和保温池，使用采用特殊材质制成的超导液换热器，备用一套二次换热设备等设计方案。改进后，换热效率大大增加，实现了连续不间断供热。智能化系统的植入，自动空压机实现了自动启停、自动除垢、自动转换等功能，实现了减员增效。

空压机；余热；回收利用；换热

空压机是一种常用的矿用设备，其运行时会产生很大的热量，所以，空压机都配备了散热系统，用来降低温度，保持稳定。传统的散热系统会将散热过程中的热量散发到空气中，使周围温度升高，还不能加以利用。其余热量如果能被合理回收，将会带来很大的经济利益，这些热量被回收后完全可以作为职工洗浴、取暖、烘干等生活热源。空压机散热产生的热源温度高，热量完全满足使用需求；供热时间长，完全满足设计要求[1]。对空压机余热的回收方案进行了细致分析，将其回收利用后，可以达到减少排放、节省能源，增加经济效益的目标。

1 余热回收系统的工作原理

螺杆泵空压机在运转过程中，会不断压缩空气和润滑油，这样就会使润滑油的温度升高，温度较高的润滑油通过换热装置进行换热，换热冷却后继续循环进入润滑系统。热交换后，被加热的介质再与冷水进行二次换热，将冷水升温变为热水用于洗浴。之所以采用二次热交换，是因为洗浴用水中含有污垢，污垢沉淀会影响润滑油散热，而造成空压机故障和损伤[2]。目前，二次热交换效率很低，无法实现余热回收系统参数的自动控制，所以无法完成余热回收系统的自动化监控，这两个难题有待解决。

2 余热回收系统存在的问题

2.1 换热工艺问题

2.1.1 散热量远大于洗浴用热总量

安装3台250 kW的空压机，其中2台运行、1台备用计算，空压机85%的压缩能转换为热能，通过余热回收系统，经热交换后可回收75%的热量，每千瓦时电量做功生热为3 500 kJ，通过计算每天回收热量为180 kJ左右。矿井工作人员为500人，需要洗浴的人员为300人左右，每人洗浴一次使用200 L水，进水温度为10 ℃，换热后预达到40 ℃，再去掉20%的能量损失，每天洗浴用水需要的热量为110 kJ左右。这样会产生70 kJ的多余热量，如果这部分热量不加以控制，全部用于洗浴，人体将不能承受如此高温的洗浴用水，所以多余的热量必须采取措施处理掉。

2.1.2 热量回收率低

与其他矿的余热回收系统相比较可知，换热材料的选取不当，水垢清理工序复杂，处理工艺烦琐，处理时间长，都会给洗浴用水的换热造成很大的热量损失。

2.2 系统管理人员数量少

根据现代化矿井运行理念要求，在保证矿井正常运营的情况下，矿井工作人员不得超过500人。致使管理、维修和保养余热回收系统的人员较少，而以目前的运行状态，管理和维修保养人员的减少导致系统运行困难，因此必须提高余热回收系统操作人员管理和维修保养水平，这样才能达到减员增效的目标。

3 解决方案

3.1 安装设计智能控制系统

在原来的散热系统基础上安装设计智能控制系统，解决散热量远大于洗浴用热总量的问题。在原始的散热工艺设备不变的情况下，安装自动控制阀门解决高温润滑油的冷却和再循环的问题。通过自动控制系统的智能识别，当洗浴温度达到使用要求时，系统自动控制阀门，使高温润滑油进入原来的散热系统，确保洗浴温度的稳定性。

3.2 增设浴室热水保温池和双蓄能水箱

增设浴室热水保温池和双蓄能水箱来解决间断性供热的问题。双蓄能水箱是指一个水箱加满足够热量的洗浴用水之后，就可以稳定地向浴室喷头供水，同时向另一个水箱加入换热水，两个水箱交换使用，这样可以保证空压机在没有工作的情况下，浴室内也能有一定的热水可以使用，保证了热水供应的连续性。

3.3 采用特殊材质的超导液换热器

采用特殊材质的超导液换热器；二次换热设备使用两套，其中一套备用；安装水软化系统降低水垢的产生，这样就可以解决除垢降效的问题。采用特殊材质的超导液换热器，使润滑油与超导介质的换热迅速完成，换热效率大大提升，在二次换热系统入口安装硅磷晶和软化水系统，使进水产生的污垢大大减少，降低了除垢的频率，同时二次换热不再受污垢阻热的影响，增大了二次换热效率。二次换热设备使用两套，当一套设备出现故障需要保养和维护时，启用另一套，保证了洗浴用水的不间断。

设计智能控制系统，提高操作效率，减少操作岗位。使用温度、压力、液位变送器安装在空压机控制和余热回收系统的检测和控制节点，并使用编程控制器接收和处理变送器传递的控制信息，对开关、阀门等元件进行开启、关闭、调整等动作进行智能化管理，实现系统的自动调节水位、除垢切换、故障检测切换、温度调节控制等智能化操作。这样整个余热回收系统的维护和管理就不再需要太多的专职人员。改造后的余热回收系统如图1所示。

4 应用效果分析

余热回收系统改造完成后正式投入使用，矿内员工大约500人，每班洗浴人员200人左右，即使矿用风量减少，空压机使用率下降50%的情况下，改造后的空压机余热回收系统也能满足洗浴需求，喷头出水温度达到40 ℃以上，完全符合使用要求。经长达6个月的连续使用，余热回收系统的各个设施和系统运行状态完全正常，还未出现故障和检修事件。因为智能化系统的植入，系统的各类信息数据和设备的工作参数都被系统实时记录，并完整保存，除了一些巡查和保养工作外，不再需要更多的值守人员，实现了减员增效。 若采用改进前的余热回收系统，无法实现洗浴用水的连续供应，有时还需要燃煤锅炉的辅助供热，而且需要大量的工作人员对设备进行维护，对水垢进行清理。改造后的余热回收系统的使用，使每年的人工费、维修费、水垢清理费至少节省80万元左右。

图1 改良后的余热回收系统

5 结束语

空压机是矿产行业重要的生产设备，其工作时会产生巨大的热量，为保证空压机的正常运转，使用散热系统将这些热量散发，而起到冷却作用。这些热量的散发给周围的工作环境带来了极大的不便，也是对热能资源的一种浪费，因此将其余热量回收应用于矿内洗浴用水的供热。本文在原始的余热回收系统基础上进行了进一步改进，改进后，使换热效率大大增加；完成了连续不间断洗浴用水供热。智能化系统的植入，实现了自动空压机的自动启停、自动除垢、自动转换等功能，还能够做到减员增效，不仅节能环保，还带来了巨大的经济效益。

［1］王春，肖涌洪，张晏铭.矿用空压机余热高效回收利用技术与应用［J］.煤炭科学技术，2015，43（1）：36，142-144.

［2］邓泽民，罗景辉，程艳.螺杆式空压机热回收方式及其系统分析［J］.节能，2015，34（6）：2，9-11.

2095－6835（2018）23－0158－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.158

〔编辑：严丽琴〕