義安礦業(yè)空壓機(jī)余熱利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、PAGE PAGE - 7 -義安礦業(yè)空壓機(jī)余熱利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)劉武臣李亞超摘要空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的壓縮熱，壓縮熱消耗的能量占機(jī)組運(yùn)行功率的85%，通常這部分能量通過機(jī)組的風(fēng)冷或水冷系統(tǒng)交換到大氣當(dāng)中。根據(jù)相應(yīng)類型壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行改造，將其熱量回收，結(jié)合礦區(qū)實(shí)際情況對(duì)這些熱源進(jìn)行利用，那么就可以變廢為寶，將原本排入環(huán)境的熱量收集利用，減少鍋爐加熱的燃?xì)庀牧?。關(guān)鍵詞空壓機(jī);余熱回收;洗浴;節(jié)能中圖分類號(hào)TM621文獻(xiàn)標(biāo)志碼A文章編號(hào)20956487（2022）030003DesignofWasteHeatUtilizationSystemofAirCompressorinYianM

2、iningLiuWu-chen，LiYa-chaoAbstractWhenanaircompressorisrunning，alargeamountofheatofcompressionwillbegenerated，andtheenergyconsumedbytheheatofcompressionaccountsfor85%oftheoperatingpoweroftheunit.Usually，thispartoftheenergyisexchangedtotheatmospherethroughtheair-coolingorwater-coolingsystemoftheunit.A

3、ccordingtothestructureandprincipleofthecorrespondingtypeofcompressor，itisappropriatetotransform，recoveritsheat，andusetheseheatsourcesincombinationwiththeactualsituationoftheminingarea，thenyoucanturnwasteintotreasure，collectandutilizetheheatoriginallydischargedintotheenvironment，andreduceboilerheatin

4、g.ofgasconsumption.Keywordsaircompressor;wasteheatrecovery;employeebathing;energysaving1義安礦業(yè)職工洗浴用水狀況及空壓機(jī)運(yùn)行情況1.1職工洗浴用水情況目前的洗浴主要采用浴池和淋浴相結(jié)合的形式，淋浴供水和浴池供水為2路供水?，F(xiàn)有22m3和11.6m3的客人浴池2個(gè)，每天一換水，12.5m3的中層干部浴池2個(gè)，每天三班，一次一換水;25m3的職工浴池2個(gè)，每天三換水;現(xiàn)單天平均洗浴人數(shù)為1200人，洗浴用水溫度為4045。每天洗浴熱水使用量大約300t。1.2空壓機(jī)運(yùn)行情況義安礦業(yè)共有功率為250kW的復(fù)盛空壓

5、機(jī)4臺(tái)，總裝機(jī)容量1000kW，兩臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修，見表1。2空壓機(jī)余熱回收的可行性及計(jì)算結(jié)果根據(jù)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在空壓機(jī)工作時(shí)，空壓機(jī)卸載時(shí)的產(chǎn)熱量較小暫不考慮，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間及功率數(shù)據(jù)計(jì)算，當(dāng)運(yùn)行2臺(tái)250kW空壓機(jī)時(shí)（2臺(tái)每天開機(jī)24h，備用1臺(tái)每天開機(jī)12h），電力熱值為3600kJ/（kWh），總計(jì)熱量回收（250kW20.950.723600kJ/kWh24h）+（250kW0.950.723600kJ/kWh12h）=36936000kJ。當(dāng)運(yùn)行1臺(tái)250kW空壓機(jī)時(shí)（每天開機(jī)24h），總計(jì)熱量回收250kw0.950.723600kJ/kWh24h=14774

6、400kJ，見表2。制熱水量計(jì)算：水的比熱容公式為Q=CMt（C=4.2kJ/kg），比如：1臺(tái)250kW空壓機(jī)運(yùn)行24h，按進(jìn)水溫度15所產(chǎn)熱水溫度50計(jì)算，則每天產(chǎn)熱水為101t。式中，M為熱水產(chǎn)量、C為水溶熱比4.2kJ/kg、Q為回收熱量、t為溫差。根據(jù)上述內(nèi)容綜述：在3臺(tái)250kW的空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)（2臺(tái)每天開機(jī)24h，另1臺(tái)每天開機(jī)12h），冬季每天可以生產(chǎn)50熱水252t左右，春秋季每天可以生產(chǎn)50熱水292t左右，夏季每天可以生產(chǎn)50熱水315t左右，供職工澡堂全天洗浴用水。3空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)設(shè)備及管路的選擇3.1空壓機(jī)余熱回收機(jī)組空壓機(jī)余熱回收機(jī)4臺(tái)，規(guī)格為250kW余熱回收機(jī)

7、組，每1臺(tái)余熱回收機(jī)組含有循環(huán)水泵1臺(tái)、溫度控制器1個(gè)，可根據(jù)油溫和水溫情況，自動(dòng)運(yùn)行?？諌簷C(jī)余熱回收機(jī)配合水泵和管路能夠起到高效、安全和可靠地回收壓縮機(jī)潤(rùn)滑油產(chǎn)生的熱能，同時(shí)有效減少了空壓機(jī)原風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，能在短時(shí)間內(nèi)將水加熱1?？諌簷C(jī)原有冷卻系統(tǒng)與余熱回收系統(tǒng)為兩套完全獨(dú)立的系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)的切換通過機(jī)組油溫和風(fēng)冷雙重控制，在余熱回收系統(tǒng)不需要啟用時(shí)，使用空壓機(jī)原來的風(fēng)循環(huán)冷卻系統(tǒng);當(dāng)余熱回收系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，通過溫控閥切換至余熱回收系統(tǒng)，如圖1所示。3.2循環(huán)及保溫儲(chǔ)熱水箱考慮到水箱保溫效果好壞關(guān)系到能耗，采用保溫性能良好、壽命較長(zhǎng)的雙層不銹鋼水箱。水箱為方形雙層不銹鋼水箱，水箱材料為

8、430，保溫層為5cm聚氨脂發(fā)泡。在不用水的情況下，24h溫度下降幅度小于5。在空壓機(jī)房設(shè)計(jì)循環(huán)水箱18m3，在凈化站設(shè)計(jì)保溫儲(chǔ)熱水箱168m3。3.3供水管道考慮到供水管道必須耐熱、防銹、耐腐蝕，所采用管材全部為鍍鋅鋼管。管道外部采用橡塑保溫棉包裹，能達(dá)到降低冷損和熱損的效果。橡塑保溫棉外部再以鋁皮全部包裹2-3，外觀整潔美觀，保溫效果好。3.4水泵考慮到空壓機(jī)循環(huán)水箱至凈化站保溫儲(chǔ)熱水箱高差為10m，供水距離約150m，供水水質(zhì)無雜質(zhì)，水溫最高為60，特選擇型號(hào)為50-160（1）A型立式管道泵，流量23.4m3、揚(yáng)程28m、電機(jī)功率3kW，一備一用。3.5阻垢設(shè)備為減少水垢產(chǎn)生和保障人體

9、健康，在空壓機(jī)循環(huán)水箱前端設(shè)計(jì)安裝1臺(tái)進(jìn)水量為20m3/h的硅磷晶罐，當(dāng)系統(tǒng)用水時(shí)，“硅磷晶”即可進(jìn)入用水系統(tǒng)，并開始起作用。4自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1空壓機(jī)余熱利用工藝流程空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)由4臺(tái)空壓機(jī)余熱回收機(jī)、熱水增加泵、硅磷晶罐、進(jìn)水電動(dòng)閥門、空壓機(jī)余熱循環(huán)水箱、保溫儲(chǔ)熱水箱、溫度和液位傳感器組成，工藝流程是：打開空壓機(jī)余熱循環(huán)水箱進(jìn)水端電動(dòng)閥門，達(dá)到空壓機(jī)余熱循環(huán)水箱設(shè)定液位，啟動(dòng)空壓機(jī)余熱回收機(jī)進(jìn)行熱量交換，將循環(huán)水箱水溫加熱至設(shè)定溫度，開啟熱水增壓泵，把水搬運(yùn)至凈化站保溫儲(chǔ)熱水箱，當(dāng)循環(huán)水箱水位低至設(shè)定的液位下限時(shí)打開進(jìn)水電動(dòng)閥門，周而復(fù)始循環(huán)。4.2余熱利用控制原理及PLC模塊選

10、擇空壓機(jī)余熱回收機(jī)通過自身溫度控制器來控制余熱回收機(jī)組的啟停，PLC通過監(jiān)測(cè)水箱的溫度、液位來控制熱水增壓泵、進(jìn)水電動(dòng)閥門的啟停，同時(shí)把各運(yùn)行參數(shù)與設(shè)定上下限值進(jìn)行比對(duì)，超過則自動(dòng)報(bào)警或停機(jī)，保護(hù)設(shè)備安全?？諌簷C(jī)余熱利用系統(tǒng)采用西門子S7-200SMART（CPUSR20）PLC和S7-200SMART（EMAE04）模擬量采集模塊，PLC配置有以太網(wǎng)通訊接口，方便數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)采集。通過顯示屏可以隨時(shí)對(duì)空壓機(jī)余熱利用系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)和控制。PLC程控功能包括：水箱進(jìn)水自動(dòng)控制、熱水增壓泵自動(dòng)控制、熱水增壓泵自動(dòng)輪換、各溫度液位上下限報(bào)警、硅磷晶罐藥量報(bào)警等功能。4.3電氣控

11、制回路設(shè)計(jì)4.3.1主電路設(shè)計(jì)4臺(tái)余熱回收機(jī)分別由4個(gè)三相空氣開關(guān)提供電源，1#熱水增壓泵由接觸器KM1控制，2#熱水增壓泵由接觸器KM2控制，進(jìn)水電動(dòng)閥門正轉(zhuǎn)（開）由接觸器KM3控制，進(jìn)水電動(dòng)閥門反轉(zhuǎn)（關(guān)）由接觸器KM4控制。主電路圖如圖2所示。4.3.2控制電路設(shè)計(jì)控制電路有手動(dòng)和自動(dòng)模式，由旋鈕SA1進(jìn)行選擇，當(dāng)選擇手動(dòng)時(shí)，分別按下相應(yīng)的啟停按鈕時(shí)，可分別控制相應(yīng)水泵的啟停和電動(dòng)閥門開關(guān)，當(dāng)選擇自動(dòng)時(shí)，由PLC程序自動(dòng)控制，控制電路圖如圖3所示。4.3.3自動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)進(jìn)水閥門的自動(dòng)控制：在自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)循環(huán)水箱實(shí)際液位小于設(shè)定液位下限時(shí)，進(jìn)水電動(dòng)閥門自動(dòng)打開，當(dāng)循環(huán)水箱實(shí)際液位大于設(shè)

12、定液位上限時(shí)，進(jìn)水電動(dòng)閥門自動(dòng)關(guān)閉。熱水增壓泵的自動(dòng)控制：在自動(dòng)狀態(tài)下，循環(huán)水箱實(shí)際液位大于設(shè)定液位上限、循環(huán)水箱水溫大于設(shè)定溫度上限、凈化站保溫儲(chǔ)熱水箱水位小于設(shè)定水位上限時(shí)，熱水增壓泵具備啟動(dòng)條件;當(dāng)以上3個(gè)條件有1項(xiàng)不具備時(shí)，熱增壓泵停止運(yùn)行。熱水泵增壓的1#泵和2#泵的選擇，由水泵輪換子程序自動(dòng)執(zhí)行，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間在設(shè)定的輪換時(shí)間以內(nèi)時(shí)，選擇1#泵，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間在設(shè)定的輪換時(shí)間以外時(shí)，選擇2#泵。自動(dòng)控制程序的聯(lián)鎖：進(jìn)水閥門開、關(guān)聯(lián)鎖;1#熱水增壓泵、2#增壓泵啟動(dòng)聯(lián)鎖;水箱溫度液位與熱水增壓泵啟動(dòng)聯(lián)鎖。4.3.4系統(tǒng)報(bào)警設(shè)計(jì)當(dāng)余熱利用系統(tǒng)各各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)或狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，顯示屏立即彈出報(bào)警界面，并觸發(fā)聲光報(bào)警信號(hào)，提醒值班人員，及時(shí)處理。余熱利用系統(tǒng)設(shè)置的報(bào)警有：循環(huán)水箱水位高低報(bào)警、循環(huán)水箱水溫高低報(bào)警、余熱回收機(jī)管路水溫高報(bào)警、熱水增壓泵故障報(bào)警、硅磷晶罐藥量少報(bào)警、凈化站保溫儲(chǔ)熱水箱水溫高報(bào)警。5結(jié)語(yǔ)目前，該余熱利用系統(tǒng)在在洛陽(yáng)礦業(yè)公司壓風(fēng)機(jī)房運(yùn)行良好，空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的多余熱量每天可產(chǎn)生250350m3熱水供職工洗浴，每月可節(jié)約鍋爐燃?xì)赓M(fèi)用15萬元，同時(shí)空壓機(jī)排氣溫度保持在7085，