摘要：随着绿发展步伐的不断加快和碳中和时代的到来，国家环保政策对燃煤锅炉提出了新的限制性要求，煤矿供热热源的问题日益凸显。在我国，煤矿大都处于基础设施薄弱的偏远地区，供热、供燃气管网无法覆盖。空压机余热作为一种可全年运行的稳定热源类型，非常适用于制备洗浴热水。本文从依兰第三煤矿空压机余热利用系统出发，详细介绍了其制备洗浴热水的工作原理、设计计算、设备选型及控制逻辑，并图示出余热利用系统的工作流程。 关键词：在线aoi空压机余热；设计计算；设备选型；控制逻辑
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相较于电源直接驱动而言，压缩空气输送系统具有简单便捷、安全系数高和可靠性好等优点，尤其适用于高瓦斯煤矿的井下作业。截止目前，压缩空气系统已被广泛应用于煤矿企业的井下生产。
据美国能源署统计，压缩机运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能仅占空压机耗电量的15%，在运行过程中约有85%的电能转化为热能，并通过风冷或水冷的方式排放到大气中。因此，从设计阶段充分考虑空压机余热回收尤为重要。
本文从依兰第三煤矿空压机余热利用系统出发，详细介绍了利用空压机余热制备洗浴热水的设计方法。
1 空压机余热回收的工作原理
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。
2 空压机余热回收系统的设计
本文以中煤黑龙江煤化工依兰第三煤矿空压机余热利用项目为例，分别从设计计算、设备选型及控制原理等方面进行论述。
2.1 设计计算
2.1.1洗浴热水用量
依兰矿井生活热水总用水量为258.9m3/d。其中，淋浴用水量为110.2m3/d，职工池浴用水量为84m3/d，洗衣用水64.7m3/d。采用定时供水，每天3班，每班1h；则每班用水量为86.3m3mide-008/h。详见表1。
表1 |
用水单元 | 淋浴用水 | 浴池用水 | 洗衣用水 | 合计 |
水量（m3/d） | 110.2 | 84 | 64.7 | 单宁酶258.9 |
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2.1.2空压机余热制备的热水量计算
依兰第三煤矿共有螺杆空压机4台，单台空压机设备功率250kW，工作方式为3用1备。每天3台空压机工作班同时运行，运行时间约为18h；检修班1台空压机运行，运行时间为6h。
根据空压机余热回收的相关数据，每天可从4台空压机中提取的热量如下：
工作班提取热量：
www.m227检修班提取热量：。
根据水的吸热公式可知，空压机余热可提供的水量：
（1）
式中，Q为余热量，kW；tp为排水的温度，℃；tj为进水的温度，℃；G为水流量，kg/h；c为水的比热容，kJ/(kg·K)，取4.2；ρ为水密度，kg/m3，取1000。
由式（1）可得到，工作班可制备热水量7.5m3/h；检修班可制备热水量为2.5m3/h。因此，利用空压机余热每日制备的热水总量150m3/d；每班制备的最大热水量为60m3。
综上所述，利用空压机余热制备的热水不足以满足依兰矿井全部的洗浴用水量需求；洗浴热水制备需要考虑补充热源。本文仅针对空压机余热进行讨论，补充热源不再赘述述。
2.2 设备选型
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。 1.换热设备的一次侧为空压机的油路系统，通常与空压机一对一配比设置。换热器的换热量按单台空压机最大余热量确定，即换热量取215kW。一次侧油温80℃以上，二次侧热水出水温度设定为50℃。
2.循环水泵用于提供换热器与保温水箱间热水的输送及循环加热。本项目采用母管制，共设置2台流量为30m3/h循环水泵（1用1备），扬程为20m。正常工况下，循环水泵将50℃热水送至保温水箱。特殊工况（提升水泵故障或者水箱容积不够），循环水泵可开启循环加热模式。
3.量子除垢装置安装于循环水泵入口，防止水泵堵塞，其处理水量为25～32m³/h。
4.保温水箱容积需综合考虑给排水专业热水水箱容积，从而保证热水供应。本项目中，给排水专业在热用户建筑顶部设2个24m3水箱，根据每班用水量为86.3m3/h，保温水箱选择2台20m3的不锈钢水箱。
5.提升水泵用于将保温水箱内的热水输送至热用户水箱。由于空压机余热一般不足以满足全部的洗浴热负荷需求。因此，建议提升水泵流量，确保短时间内将保温水箱内的热水送至热用户。本项目设置2台提升水泵，流量为50m3/h，扬程为32m。
2.3控制逻辑
余热回收系统流程图如图1所示：
2.3.1 正常情况
1.结合系统流程图，空压机开始运行后，余热回收机组检测空压机油温，当润滑油温度达到检测温度时，关闭温控阀1，开启温控阀2、3；补水阀、循环水泵开启，系统开始输送热水至保温水箱。此时，补水阀开启，循环阀关闭。补水阀与循环阀连锁控制：补水阀开启，循环阀关闭；补水阀关闭，循环阀开启。
2.控制系统检测保温水箱液位，当水箱水位达到高水位时，提升泵开启，补水阀和循环阀延迟开关动作，以免控制阀频繁启停；当水箱水位到达低水位时，提升泵关闭。
3.本项目由于热水制备量不足以满足洗浴热水使用需求，因此换热机组采用设定温度出水的模式制备热水。热回收模块内有温控阀调整流量，该阀门由换热器自带的PLC设定温度点并进行开度控制，以保证出水温度为设定温度，然后将设计温度的热水送至水箱。
2.3.2 特殊情况
1.若出现联建水箱需要检修等特殊情况，启动紧急模式，并手动关闭提升泵。当保温水箱快要到达高水位时，手动关闭补水阀，循环阀开启。此时循环阀和循环水泵均开启,系统进
入循环加热模式，保证温度的进一步提升。
2.当系统中某台空压机停机时，可采用自动（读取空压机状态）或者手动方式，切断该空压机对应的热回收模块水路，以免拉低系统水温。
上海化科3 效益分析
余热回收设备每天约产生50℃的热水150m3，年运行330d，每年可制备热水49500t，消耗热量约9518GJ。与燃煤热水锅炉相比，每年可节省标煤325.3t，节约燃煤成本约195,180元。
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