煤矿压风机综合余热回收涉及研究

姚广兵

34012119******2831 安徽省淮南市 232001

摘要：煤矿压风机是煤矿井下生产的主要动力设备，其工作原理是将矿井中的空气压缩后送到井下进行通风，保证井下空气的质量，同时，压缩后的空气也可以作为生产时的动力。压风机在运行时会产生大量余热，为了降低这些余热对煤矿生产造成的影响，本文提出了一种压风机余能综合余热回收设计方案，该方案通过在压风机出口设置能量回收装置来将余热进行回收利用。

关键词：压风机；节能环保；余热回收

引言：随着我国科学技术水平的不断提高，煤矿企业也在不断引进先进技术和设备。在这种背景下，煤矿压风机余热回收系统也逐渐发展起来。矿井压风机的运行过程中，会产生大量的余热，这部分余热的存在不仅会消耗掉煤矿生产中的能源，还会对周围环境造成很大的影响。所以，要想有效提高矿井压风机的运行效率，就必须对余热进行回收和利用。

一、压风机余热回收系统分析

（一）压风机工作原理分析

压风机的主要作用是将矿井中的空气压缩后送入井下，其工作原理如下：空压机余热回收系统是通过对空压机内部油路系统进行改造，将润滑油路系统接至机组外部，并作为换热器的一次侧热源。换热器的二次侧则可以用来制备洗浴热水和采暖热水等。

余热回收系统通过水与润滑油的热能交换，可以大量回收空压机运行过程中产生的多余热能，并将其回收应用于生产和生活，达到保护环境、节约能源和降本增效的目的。

（二）压风机余热回收系统分析

压气机是空气压缩机的主要组成部分，其工作过程中产生的高温高压气体经冷却后直接排出机外，以保证压缩机的正常运转。在实际工作中，压风机出口温度通常为90~110℃，在运行过程中，其出口温度与工作介质的温度不会相差太大。根据这个特点，如果将压风机出口温度控制在60℃左右，那么可以将压风机余热回收利用。在压风机出口设置一套余热回收装置，将压风机出口的高温气体经冷却后送至压缩空气管网中，利用压缩机产生的压力使压缩空气达到饱和状态，从而提高压缩机的工作效率。

矿井水来源：矿井水一般是因巷道揭露和采空区塌陷波及水源所致，其水源主要是大气降水、地表水、断层水、含水层水和采空区水等。

矿井水热来源：在煤矿的开采过程中，涌出的矿井废水的热量来源主要是地热能；从井下岩石中涌出温度较高的深层地下水和井下机械设备用过的高温废水同样含有巨大的潜在热能。

矿井水热能回收的必要性和可行性（1）必要性煤炭生产过程中，据统计我国矿井废水年排放量超过40亿m3，将来还会逐年递增。大部分被直接排掉，造成水资源浪费和环境污染。面对资源日益缺乏的未来和国家策略调整，矿井水的再回收利用已经刻不容缓。（2）可行性矿井水热能赋存量巨大，与空气相比，具有容重高、比热大的特点；全年温度变化幅度小，排水温度随季节变化小；受外界环境气候变化影响小，是种稳定的低位热能。

压风系统概述：在煤矿生产系统中，压风系统是必备的生产子系统，其运行状态直接影响着矿井生产的安全性。据统计，压缩空气的能源消耗约占矿井生产用电量的10%～35%，而且压缩机工作时其循环油及排气产生的热量可高达80℃以上，这部分水泵在循环油和气流中的热量约占空气压缩机输入功率的3/4左右，不仅浪费了压缩机的有效功率，还污染了环境。为了实现节能减排保护环境，对目前矿所用的空气压缩机的性能逐一进行分析比较，并将其散热系统中排出的高温热量进行回收，将这部分由余热生产出来的热水用于工业用水、恒温用水、锅炉预热水、员工洗澡用水、热水空调取暖等方面。

二、压风机综合余热收集装置的应用

（一） 装置原理

空压机余热回收系统主要设备包括热交换设备、循环水泵、提升水泵、量子除垢仪、保温水箱和温控阀等。

压风机综合余热收集装置主要由冷凝水泵、热交换器、换热管、液位传感器和液位计等组成，其原理为：在冷凝水泵的作用下，通过热交换器将冷却水和压风机排出的废气进行换热，使之与压风机排出的高温废气进行热量交换，从而实现压风机排出的高温废气的余热回收。设计方案：1）装置在冬季时利用低温热水作为冷凝水，夏季时利用高温废气作为热源。2）设备在安装时要注意对冷凝水和废气进行收集，避免出现积水或积油。3）在设计时要考虑到冬季换热器不会结冻，夏季换热器不会结露。4）设备设计要考虑到换热过程中热量传递的问题。5）装置要安装在离风机近的位置，便于维护和管理。6）装置要尽量安装在室外，以防止冬季结冰。

（二）综合余热回收系统

余热回收技术是利用水在热交换过程中的热量来生产热水，主要用于供热、空调、制冷系统等领域。当冷却水通过换热设备时，从水中带走的热量通过热交换设备传递给空气，空气吸收热量后温度升高，从冷却水中带走的热量再通过热交换设备传递给冷却水。空气吸收的热量由空气温度、湿度、含尘量等参数决定。回收的热量用来加热冷水或生产工艺用热水，不能直接使用。余热回收技术在建筑中得到了广泛应用，在工业上也得到了广泛应用。工业余热回收系统作为一种能源利用形式，其优点在于回收了能量，并且节省了能源消耗、保护环境、减少污染和废弃物排放等，是一种清洁高效的能源利用技术。

三、空压机余热回收节能技改的优势

在空压机运行过程中，会产生大量的热量，空压机排气量的多少直接影响着能量的转换和传递。为了充分利用这些热量，通常需要对空压机进行余热回收。如果不对空压机进行余热回收，直接排放到大气中，将会造成巨大的能源浪费和环境污染。空压机余热回收节能技改后，可实现节能降耗、减少环境污染，可以在不增加设备的情况下，提高了能源利用率。空压机余热回收技术，是利用空压机排出的高温废气，经过余热回收装置加热后的高品质热水，可以实现能源的二次利用，既提高了能源利用率，又避免了空压机排出的高温废气直接排放而造成环境污染。将空压机余热回收后，可进一步提高企业生产效率。技术人员可根据客户实际情况，对空压机余热回收装置进行合理布局。利用余热回收装置将空压机排出的高温废气（110℃以上）直接进行加热后，可供企业员工沐浴用水，还可以为企业生产提供一定温度的热水。满足企业日常生活和生产用水需求。

设计中遇到的具体问题，从设计原理、设计计算、设备选型及控制逻辑等方面详细阐述了利用空压机余热制备生活热水的一种设计方法。

空压机余热用于制备生活热水时，1）应结合给排水专业热水水箱容积及使用要求（供水方式、单次供水时间）确定保温水箱总容积；2）综合考虑热水制备量、用水量、用水频次、时间及保温水箱容积确定控制逻辑。

通常情况下,在空压站内部直接利用空压机来回收利用运行中的余热具有多个方面的优势,具体包括:(1)能够最大限度地降低能源消耗,减少运行成本;(2)空压机回收利用余热可以归属于重新利用废弃的能源,因此空压机消耗的能源仅仅是指循环泵在运行中消耗的电能,和空压站的供热相对比则基本可以忽略不计,此外,如果不考虑初期的管理成本的投资,那么空压站的运行成本相对较低;(3)空压站回收利用余热有利于降低空压机本身的温度,延长空压机的运行周期。

结束语：

综上所述，在进行余热回收系统设计时，应先对煤矿压风机的运行状况进行分析，再根据分析结果提出具体的余热回收方案。在对余热回收系统进行设计时，应先对换热器的具体设计方案进行分析，并根据方案内容对换热器的材质和结构进行设计。通过对比发现，在设置换热单元后，压风机温度变化幅度更小、散热效率更高。由此可见，该余热回收系统能够对煤矿压风机的工作过程产生的热量进行及时有效的处理，进而降低其运行过程中的温度。因此，煤矿企业在使用该余热回收系统时应将其作为重点工作内容来抓。

参考文献：

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