古汉山矿矿井空压机余热利用技术研究与应用

胡广林 宁雪艳 路安林

古汉山矿矿井空压机余热利用技术研究与应用

胡广林1宁雪艳1路安林2

（1.河南焦煤能源有限公司古汉山矿，河南 焦作 454150；2.河南省煤炭科学研究院有限公司，河南 焦作 454150）

本文以焦煤公司古汉山煤矿为工程背景，采用理论分析、对比计算的研究方法，分别从技术、经济两方面，分析古汉山矿空压机余热利用的可行性。通过应用效果分析得出：空压机余热利用系统经济价值巨大，相比燃气锅炉系统每年节约运行费用752.73万元，且环保可行，具有良好的推广价值。

空压机；余热资源利用；应用研究

1 工程背景

焦煤公司古汉山煤矿位于修武县五里源乡，生产能力140万t/a，安装了1台6t/h燃气锅炉。燃气锅炉运行成本（燃气费和电费）较高，与当前煤炭企业紧张的经济形势不相符。

经过现场调研，古汉山矿空压机数量较多，现有4台250kW空压机，其中正常工作两台，另外两台备用。研究表明［1］：空气压缩机运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占很小的一部分，约15%，大约85%的电能转化为热量排放到空气中大量余热资源基本上被白白浪费，所以考虑使用空压机余热回收系统将损失的热能利用起来，达到矿井节能减排的目的。

本文在充分调研的基础上，主要从技术、经济两方面展开对古汉山矿空压机余热回收的应用研究，以期为古汉山矿节能减排提供科学的指导和依据。

2 空压机余热回收可行性分析

2.1 空压机余热回收系统工作原理

空压机余热回收利用技术是在不改变空压机原有工作状态的前提下合理利用空压机余热，空压机在加载运行过程中油温升高，将空压机的高温循环油引入余热回收装置内，通过余热回收装置充分回收空压机运行时的高温热量，使高温的循环油与常温软化水进行热交换，热交换完的热水继续通过二次换热系统使常温软化水与普通自来水再次进行换热，换热后的普通自来水达到设定的温度后进入不锈钢保温水箱，用于企业生活或者洗浴用水，可完全替代现有锅炉。其工作流程如图1所示。

从图1可知，将空压机的高温润滑油导入空压机余热回收装置，利用余热回收装置进行油水换热，换热后，冷水吸收热量温度提高，油温得到冷却，所以，油水换热不但可以得到热水，还可以降低空压机的冷却负担，兼带有节电、增加产气量的效果。

图1 空压机余热回收系统工作流程

保温水箱有3层结构，可以实现良好的保温效果，一昼夜降温8～10℃，针对可能出现的长时间不用水，导致保温水箱内水温过低无法使用的情况，系统使用专利技术，实现单管循环，不需要额外增加一套回水加热系统，即可将保温水箱内温度不够的水再抽回循环水箱内加热，大幅度降低成本

2.2 空压机余热回收可行性分析

古汉山矿现有职工3 600人，其中每天淋浴人数平均为1 600人，标准为每人平均80～120L，考虑到煤矿环境的特殊性，现取中间值按每人100L计算，则需耗水量：

Q=1 600×100=160t

矿井现有4台250kW空压机，其中正常工作2台，另外2台备用，载率按照100%计算，空压机有80%的热量可以全部回收，从自热工手册中查得，每1kW·h电量产生的热量为860kCal，得出：

每天回收的热量：（按每天空压机运行24h计算）

2×250kW×80%×24h×860kCal/kW·h=825.6万kW·h

1t水上升1℃需1000kCal热量，全年进水温度平均按10℃计算，加热至45℃，每天可加热45℃热水量为：

825.6 万kCal/h÷1 000kCal/（℃·t）÷（45-10）℃=235t

空压机余热回收系统每天回收热量可加热45℃热水235t（＞160t）。

因此，每天两台空压机的余热资源利用可满足矿井1600人的淋浴需求，技术可行。

3 空压机余热回收应用及经济效果评价

3.1 项目应用

根据以上对空压机余热回收系统的分析以及对古汉山矿空压机余热回收项目的可行性分析，确定对古汉山矿应用空压机余热回收系统代替燃煤锅炉供热。

3.1.1 项目所需设备配置。空气压缩机余热回收利用系统，包括空气压缩机余热回收装置、二次换热板换、水处理系统、自动化集控系统、循环水箱、循环水泵、阀门等，详见表1。

3.1.2 项目实施方案。①控制空压机油温在65～90℃运行，通过控制油的流量分配，使空压机的油进入热水器设备后，根据实际的油温进行调节，油温正常时，油路不经过散热系统，如果油温偏高，自动进入原有散热系统，进行降温，达到温控目的。②有效地进行水温控制，采用进口的水温控制设备，控制5～20℃冷水进入，循环一次可出45～65℃热水，水温可设定，水温恒定误差上下幅动1℃，控制水温在40～60℃运行。③空压机同空压机余热转换装置联运控制，空压机运行时余热转换装置自动运行，空压机停止时自动关闭余热转换装置，这样空压机不运行时不会产生热水，冷水也不会进入系统，避免出现储水箱进入冷水，使水温降低。④控制系统通过水箱水位控制，使补水和循环系统自动切换，水箱水位降低到设定位置后，自动补水，水位到设定位置后，自动停；箱水位降低到设定位置后，自动补水，水位到设定位置后，自动停止补水，系统自动转入循环。

3.2 项目运行经济效果评价

3.2.1 空压机余热回收年运行费用分析。空压机余热回收项目运行费用主要包括：设备运行电费、设备维护维修费用、管理人员工资。

①设备年运行电费。年运行电费＝设备功率×天数×每天时数×负荷百分数×单位电价。

年运行电费＝

35.84 kW×330d×15h×100%×0.41元/kW·h=7.27万元

②设备年维护维修费用。此项费用每年按照3万元的暂列金额。

③管理人员工资。根据矿井三八制工作制度，每班配置一人管理，人均月工资按照3 500元，则年管理人员工资为：3人×3 500元×12月=12.6万元。

综上，空压机余热回收满足洗浴全年共计费用22.87万元。

3.2.2 燃气锅炉年运行费用对比分析。根据矿井燃气锅炉运行情况，年运行费用主要包括燃气费、系统电费、人工费、设备维护费等，计算如下：

①燃气燃料费用计算。1t/h燃气锅炉小时耗气量计算：

Q=W×3 600/K/η=0.7×3 600/33.5/0.85=88.5Nm3/h

式中：Q为吨锅炉小时耗气量；W为1t/h锅炉功率，0.7MW；K为1标方燃气发热量33.5MJ/Nm3；η为燃气锅炉效率，按照上限取0.85。

综上分析：一般1t/h燃气锅炉耗气量均超过88.5m3/h，本文取90m3/h。

10t燃气锅炉洗浴年耗气量费用计算：

洗浴系统年耗气量＝锅炉容量×年运行时数×负荷系数×单位锅炉耗气量＝6t/h×330d×15h×90Nm3/h=267.3万Nm3

洗浴系统年耗气费用=267.3万Nm3×2.76元/Nm3=737.7万元

表1 空压机余热回收系统所需设备配置表

②燃气锅炉电费计算。对于燃气锅炉而言，主要耗电设备是循环水泵，其他耗电可忽略不计。根据洗浴系统的水泵功率需配置52kW，加上锅炉本体等耗电至少60kW。

系统耗电量：W=运行功率×功率因数×运行时间×采暖天数

洗浴耗电费：

W1=60kW×0.85×15h×330d×0.41元/kWh=10.35万元

③燃气锅炉设备维护费用。根据统计以往费用，取经验值15万元。

④燃气锅炉管理人员工资。每班配置一人管理，人均月工资按照3 500元，则年管理人员工资为：3人×3 500元×12月=12.6万元。

综上，燃气锅炉满足洗浴全年运行共计费用775.65万元。

根据以上年运行综合费用的分析对比，矿井空压机余热回收系统经济价值巨大，相比燃气锅炉系统每年节约费用752.73万元，且环保可行，具有良好的推广价值。

4 结论及展望

本文以古汉山矿为工程背景，通过空压机余热资源回收利用的应用分析，分别从技术、经济两方面分析了空压机余热回收项目的可行性。通过项目应用及经济效果对比，可以看出矿井空压机余热利用技术给企业切实带来了巨大的经济效益，有效降低了煤矿生产成本，利国利民，符合当前严峻的煤炭企业经济形势，有利于实现“节能减排、绿色环保”的战略目标，具有极大的应用和推广价值。

［1］王力力.唐山矿矿井水余热资源利用的研究和探讨［J］.科技创新导报，2010（5）：125.

Research and Application of Waste Heat Utilization Technology for Mine Air Compressor in Guhanshan Coal Mine

Hu Guanglin1Ning Xueyan1Lu Anin2
（1.Henan Coking Coal Energy Co.,Ltd.Guhanshan Mine，Jiaozuo Henan 454150；2.Henan Province Coal Science Research Institute Co.,Ltd.，Jiaozuo Henan 454150）

In this paper,the feasibility of the waste heat utilization of the air compressor in Guhanshan Mine was analyzed from the technical and economic aspects of the ancient hills coal mine of Coking Coal Company as the engineering background,using theoretical analysis and comparative calculation method.Through the application of the results of analysis∶air compressor waste heat utilization system is of great economic value,compared to gas boiler system annual operating costs of 7.572 million yuan,and environmentally friendly and feasible,with good promotional value.

air compressor；waste heat utilization；application research

TD443

A

103-5168（2017）09-0082-03

2017-08-01

胡广林（1972-），男，本科，工程师，研究方向：煤矿机电运输管理。