矿井压风机余热利用系统节能自动化研究与改进
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摘 要：目前压风机余热利用系统现在煤矿地面压风机房应用已经十分广泛，本文阐述的节能自动化改造，主要是在余热利用系统的基础上，综合压风机原有的冷却水系统，使余热利用系统和压风机原冷却水系统能自动切换，在保证压风机安全运行的前提下，大大提高压风机余热利用效率，同时提高制冷系统冷水利用率，达到节能降耗目的。
关键词：压风机余热利用;节能;冷却;自动切换
Abstract：At present，the waste heat utilization system of compressor fan has been widely used in the ground compressor fan room of coal mine.The energy-saving automation transformation described in this paper is mainly based on the waste heat utilization system，which integrates the original cooling water system of compressor fan，so that the waste heat utilization system and the original cooling water system of compressor fan can be automatically switched over and the pressure can be greatly increased on the premise of ensuring the safe operation of compressor fan.The waste heat utilization efficiency of the fan can save energy and reduce consumption.
Key words：Waste Heat Utilization of Pressure Fan energy conservation cooling Automatic switching
一、概述
压风机是煤矿生产中重要的大型固定设备，主要为矿井上下提供动力风源和矿井压风自救系统中的供风风源。十一矿矿院内压风机房，现安装有8台喷油螺杆式压风机，其工作原理主要为通过阴阳转子，压缩油气混合物，提高风压，由于油脂不断的压缩，造成油温较高，一般都在90摄氏度左右，因此压风机自身安装有一套冷却系统，通过循环水泵（75KW），不断的把冷却水流经压风机的冷却器，到达降低压风机油温及排气温度的效果。我矿压风机房于2015年安装压风机余热利用系统，安装压风机热回收系统8台，余热利用系统通过吸收压缩机油的热量，达到提高水温，给职工澡堂提供热水，同时通过吸收压风机油的热量，起到降低油温效果;该套系统可以实现水温、水位的自动控制，其系统流程图如下：
目前该系统运行正常，但是在日常使用中，该系统存在以下两方面问题：
（1）该系统供水为自来水，我矿自来水供水不稳定，经常断水，一旦断水，余热利用系统会停止工作，会造成压风机油温和排气温度超温停机，为了防止压风机超温停机，压风机自身的冷却系统仍需连续使用。
（2）压风机余热利用系统在澡堂用水高峰时，产生热水量不够，还需通过补气提高水温，在澡堂用水低峰时，产生热水多，当热水箱水为达到设定位置时，余热利用系统停止工作。这造成余热利用系统利用率降低，压风机热量形成浪费。
（3）压风机冷却系统与余热利用系统同时使用，降低了余热利用系统的使用效率。因压风机冷却系统已经对压风机油温进行一次冷却，压风机油经过余热理由系统时温度已经被降低，所以余热利用系统不能全部吸收压风机油的热量，造成不必要的浪费。
二、研究与改进方案
本着节能降耗，增加效益的目的，对压风机冷却系统及余热利用系统进行节能自动化研究改进，改造后，提高余热利用系统的使用效率，在保证压风机安全运行的情况下，达到节能降耗效果，同时极大延长了压风机冷却器的使用寿命，降低了压风机的维护成本及维护量，并且能在不停止压风机运行的同时，检修压风机的冷却水池及冷却塔机组及管路等，产生了极大的经济效益及社会效益。主要研究与改进内容如下：
（1）首先对余热利用系统供水进行改造，不直接使用自来水供水。把自来水现引入原水池（80立方米），原水池内的水，通过余热利用系统的循环水泵，把原水池内的冷水注入热回收机组，吸收压风机油的热量，在降低压风机温度同时达到产生热水的效果。
（2）在原水池安装水位控制器和电动阀门，当水位低于設定下限值时（1.5米），打开电动阀门，向原水池内注水，当水位高于设定上限值时（2.3米）关闭电动阀门，不再向原水池内注水。
（3）把热水箱的水位上限保护（2.2米）拆除，使热回收系统可以不间断运行。同时，在热水箱的溢流孔位置加装溢流管，把溢流出的热水，排入溢流水池。
（4）在溢流池内加装两台2.2KW水泵及水位控制器，当溢流池水位达到设定高度时，自动开启水泵，把溢流池内水排入原水池，重新进入热循环系统，达到闭环循环。
（5）为了防止夏季及用水低谷期特殊情况下，造成余热利用系统产生热水注满热水箱，溢流池及原水池。安装时间继电器和接触器，当原水池内水位，达到设定极限位置时（2.5米），启动压风机自身冷却系统，余热利用系统延时5分钟停止运行。当热水箱内水位，达到下限位置时（1.6米），启动余热利用系统，压风机自身冷却系统延时5分钟停止运行。
（6）为了保证压风机的安全运行，在余热利用系统的循环水泵前方加装一个水泵机械压力开关。在余热利用系统不能正常使用时，可以发出报警，并启动压风机原先冷却系统，保证了压风机的安全运行。 该系统的节能自动化改造，主要工程量如下;
（1）安装2台2.2KW 水泵，一备一用，能自动切换运行。
（2）铺设4寸管子100米，2寸管子50米，4寸闸阀2个，2寸闸阀2个。
（3）安装水位控制系统2套（水位控制器2套，时间继电器2个，380V交流接触器2个）。
（4）水泵压力开关一个，报警器一套，380V交流接触器1个。
压风机余热利用系统节能自动化改造后系统示意图如下：
三、改造后效果及效益分析
通过本次压风机余热利用系统节能自动化的改造，可以把压风机原有的冷却系统关闭，单独用余热利用系统就可以达到降低压风机温度的目的，不但有效保证了压风机的安全运行，同时，余热利用系统能够充分吸收压风机运行期间产生的热量，使余热利用系统产生的热水量增加，保证了澡堂的热水供应，降低了澡堂用水需要二次加热的频率，从而充分发挥余热利用系统节能降耗的作用。
本次改造具有极大的经济和社会效益，主要表现如下：
（一）经济效益
（1）每年节省冷却器3台，每台冷却器价格为35000，每年节约配件支出为35000*3=10.5万元。
（2）每年节省人工费用为120*100=1.2万元。
（3）每年节省电费为（1101+248）*365*1=49.5万（工业用电价格按每度一元计算），压风机冷却水泵功率为75KW，由于压风机需要不间断的供应冷却水，所以压风机运行中，冷却水泵为连续运转设备，每天须耗费极大的电能，每天耗电量为KWh=UI*COS*1.732/1000=380*82*0.85*1.732*24/1000=1101KWh;压风机冷却塔风机也为连续运转设备，电机功率为15KW，在满载情况下每天用电量为380*18.5*0.85*1732*24/1000=248KWh，改造后这两台设备都可以停止运行，达到节能降耗目的。
（4）投入两台2.2KW水泵、一套水位控制器、管子等设备，成本约为5000元。
（5）每年经济效益总额为10.5+1.2+49.5-0.5=60.7万元。
（二）社会效益
（1）到达了充分节能降耗的目的，改造后，余热利用系统产生的热水量比以前多而且稳定，减少了澡堂向水池打气加热水温的劳动量，充分利用了压风机运转中产生的热量;
（2）减少了压风机维护量，降低了职工在维护，更换压风机冷却器环节中意外伤害的风险。
（3）可以实现不停止压风机运行的情况下，对压风机冷却水池。冷却塔等冷却系统进行维护，为矿井创造了效益。
通過本次压风机余热利用系统的节能自动化改造，不仅保证的压风机的安全运行，还有极大的社会和经济效益。目前很多矿都安装有余热利用系统，这一改造可以进行大力推广。
参考文献：
[1]余热回收的原理和设计.哈尔滨工业大学出版社.
[2]余热回收手册.中南工业大学出版社.
[3]煤矿电工手册.煤炭工业出版社.
作者简介：齐伟杰，男，2008年7月毕业于河南大学测控技术与仪器专业，2008年8月参加工作;常新磊，男，2010年7月毕业于河南理工大学机械设计制造自动化专业，2010年8月参加工作。
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