空压机热回收装置在煤矿中的应用

2021-12-07戴文琦

煤 2021年7期

戴文琦

(晋能控股集团和顺李阳煤业有限公司，山西和顺 032700)

随着经济的不断发展，生存环境危机的持续高压，节能环保已经成为我国“十四五”发展规划的重点工作，这也是建设资源节约型、环境友好型社会的必然条件。李阳煤业在安装空气压缩机前调研发现，煤矿空压机在运行过程中产生的大量热能一般都被白白地浪费掉了。根据美国能源署统计，一般空压机在运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占约15%，约有85%的电能转化为热量，并通过水冷或风冷的方式排放到空气中。如将这部分热能充分回收利用，既可解决矿井一部分供热需求，也能够节省一定的供热费用。因此，李阳煤业决定安装1套热回收装置进行空压机热能回收，以达到节能减排的目的。

1 热回收装置的选择

1.1 热回收系统的定义

本热回收系统由换热端、循环端、用热端及系统监控等部分组成，是通过冷却水回收煤矿空压机运行过程中产生的余热或废热，用于生产企业的生活热水或工业热水。该系统充分利用了废热，降低了冷凝热对环境造成的热污染。

1.2 热回收装置的选择

热回收装置要根据工程的现场情况、本地气候条件、排风中有害气体量等因素进行选择。该矿使用的热回收装置要求尽可能投资少、回收效果好。因此对以下3种热回收装置进行了比较：

1) 喷油HRS。功率：55～350 kW，热回收率70%，额定出水温度：60 ℃，适用机型：M55-M350和R90-R160。

2) 无油HRS。功率：90～300 kW，热回收率75%以上，额定出水温度：60 ℃，适用机型：Sierra90-300和Nirvana75-160。

3) 离心机高效多级HRS。功率：315～630 kW，热回收率85%以上，额定出水温度：85 ℃，适用机型：C700，其他CENTAC、AXCX。

通过对以上3种热回收装置进行分析、判断，选择的空气压缩机为MM250-2S型螺杆式空压机，额定功率为250 kW，喷油HRS-COMP-250型热回收装置与之相匹配，可以满足250 kW功率的要求，同时也能满足热回收要求。

2 系统热交换原理

矿用空气压缩机在工作过程中会产生高温高压油气，油气所携带的热量约为空压机轴功率的85%，油温一般在80～100 ℃之间，如果不及时排放热量，会导致电机局部温度和排气温度过高，不仅会缩短压缩机的使用寿命，也会影响压缩空气的质量。如果热量直接通过冷却系统排出，不仅浪费能源，还会造成热污染。因此，热回收的主要功能是取代原有的冷却系统，将油气所携带的热量转化为高温热水，供煤矿洗浴场所使用。

2.1 热交换工作原理

空压机-余热回收系统如图1所示。喷油螺杆式空压机的热量交换工作原理为：空气经过滤进入压缩机主机，在空压机工作过程中与系统注入的润滑油混合，压缩后的混合气体从压缩室排入油气分离桶，得到高温高压的油和气。一方面分离出的高温高压润滑油经过油温温控阀在空压机热水机中进行热量交换，交换后经油冷却器、原有温控阀、油过滤器再返回油路，进入下一个循环。另一方面，分离出的高温高压气体进入空压机热水机中进行热量交换，热量交换后的气体得到释放。

2.2 热水的循环流程

高温高压油、气经过空压机热水机HRS的热量交换，其中的常温水经过热交换加热后，经供热系统储存在保温水箱中，然后供热系统将热水送至澡堂使用，未使用的热水通过保温水箱流回循环水泵进行再加热。依靠循环水泵完成整个循环过程，并经温度控制器和水位控制器配合补充水位。通过出口的水温控制阀进入澡堂作为洗澡热水，如此不断循环。热水循环流程如图2所示。