空气压缩机余热再利用的研究与应用

摘 要：空气压缩机，简称空压机，在矿山应用较为广泛，主要用于井下采矿作业使用。在空压机运行过程中会产生大量的余热散失浪费的情况。本文作者结合国内某大型地下金矿生产实际情况，提出一种余热回收利用方案，将回收的空压机余热用于加热下井矿工洗浴用水。通过该技术方案的实施，以及改造前后的经济指标比较，该方案不仅改善空压机运行状况，降低空压机运行温度，并且合理利用余热，节约能源。

关键词：空气压缩机；余热再利用；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.187

0 前言

空气压缩机，简称空压机，是把大气压力的空气压缩为较高压力的空气，在矿山应用较为广泛，主要用于井下采矿作业供风使用。空压机是将电能转换为机械能，又将机械能转换为气压能。

空压机在工作过程中将常压空气进行高压压缩，在此过程中将有大量的热量散发，此热量主要来源于空气压缩做功发热以及螺杆在缸内高速旋转运动产生的热量。据有关能源单位统计，空压机真正用于压缩空气的电能只占总耗电量的20%左右，其余80%都转换为以上热量随机体、风扇散发到周围空气中。如果可以将这部分损失的热量通过技术手段结合企业实际情况加以利用，这便可以变废为宝，达到节能减排要求。

1 研究背景

三山岛金矿是山东黄金集团旗下主要黄金矿山之一，是中国100家最大有色金属矿采选业企业之一，也是目前全国机械化程度最高的地下开采黄金矿山。矿山下设西山、新立、曹家埠三个矿区，目前生产能力13000吨/日。

该矿新立矿区新职工浴室2014年投运，新建职工浴室为一座五层建筑，可同时容纳200人洗浴。为了避免使用火力加热，节能降耗，减少有害气体排放，原浴室取消锅炉燃煤加热，采用120KW电加热器供热方式。然而电加热方式运行成本较大，加热速度较慢，不能满足浴室用水。

2 改造方案

本文作者通过研究、论证，决定对该矿在用的一台350KW英格索兰螺杆式空压机进行改造，通过将余热加以回收来为新立职工浴室提供生活热水。

（1）技术人员首先进行空压机余热回收分析计算。根据理论分析，空压机在工作状态下自身消耗热能主要有一下几个方面：空压机马达消耗的热量约占总热量的9%，空压机机壳散热2%左右，在压缩空气过程中消耗热量5%，空气冷却器损失的热量占12%，因此，在空压机运行状态下损失热能约28%，可回收余热72%左右。单台350KW空压机热能回收（不计负载率）

Q= CmΔT=350KW*72%*860Kcal/1000Kcal/55℃

=3.9T/H

其中：860Kcal为空压机每KW输入功率回收的理论值，55摄氏度表示从将水从5℃加热至60℃的温升，在夏季温升更小，理论回收的热能将大于3.9。

以我矿新立矿区浴室预计储水箱20T计算，根据每台空压机余热回收效益3.9T/H，将储水箱内水加热至60°约需要5小时，估计每人洗浴用热水50L计算，20T=20000L，一箱水可满足400人洗浴，因此每天加热5小时可满足用水需求。

（2）具体实施方案。根据以上分析计算，我们选用国产英格索兰专用热能转换装置，通过对空压机进行改造，使空压机油余热通过热能转换器将冷水加热至设定温度，通过管道接入浴室。

为了提供足量的热水，我们在空压机房外新增设两个储水箱，一个用来循环冷热水，一个用来储存热水。在水箱中安装水位感应器及电磁阀，当水位低于设定值时，电磁阀开启进行补水加热；当水位达到设定高水位时停止换热。循环水箱的水通过水泵输送到热能转换器中进行加热，加热后在送回循环水箱，如此不断往复循环。当循环水箱内水温达到设定值时，热水输送泵开启，将循环水箱内的热水输送到保温水箱中存放保温。保温水箱通过管路与浴室热水管路连接。施工示意图如图1所示。

3 效果及效益分析

利用空压机余热回收作为热源与燃煤锅炉或电加热方式相比，节约能源，减少有害气体排放，没有污染，一旦设备安装投入使用，只要空压机运行便可提供充足的热水使用。

另外，通过回收空压机浪费的热量，可以使设备本体温度得到有效降低，提高设备运转效率，实现设备经济运行。螺杆式空压机的产气量会随着机组运行温度的升高而降低，余热回收装置足可以使空压机温度降8-12℃，效率提高10%，为此它的经济效益就更为显著了。

经济效益分析：

本成果安装成本：新建两个20T水箱，费用约20万；空压机余热回收装置投资18万元，安装输送管路投资约8万元，该成果总投资46万元左右。

该矿区浴室供水原加热装置不计投入成本

运行成本费用=加热器功率*每天使用时间*365天*当地平均电价

=120KW*15H*365*0.8元/KW.H

=52.56万元

按照投入产出计算，该成果不到一年时间便可收回成本。投用后每年可节约电费50余万元。

4 结论

本改造项目专业系统回收我矿空压机热能，产生巨大的能源节约效益，降低生产成本，增加企业效益，是一项值得广泛应用的技术改造。同时，该项目的应用不仅为矿山提供了一种可行成熟的方案，也为空压机余热利用在其他行业的节能改造提供了可以借鉴的途径。

参考文献：

[1]岑曦.空气压缩机热能回收系统的开发[D].上海：上海交通大学，2010.

[2]煤矿空压机余热利用节能技术的研究与应用[J].科技视界，013（01）.

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