煤矿空压机余热回收及综合利用技术研究

向艳蕾，杨 允

(1.中煤科工清洁能源股份有限公司，北京 100013；2.中煤科工(天津)清洁能源研究院有限公司，天津 300467)

0 引 言

我国煤炭企业规模庞大，创造巨大经济效益的同时，也是重点能耗企业[1-3]，除了常年电力、洗浴水、衣物烘干需求外，在冬季还有建筑采暖、井筒防冻的需求，在夏季还有建筑空调、井下降温的需求[4,5]。目前，煤矿用热大多通过锅炉来满足，而燃煤锅炉存在热效率低、污染物排放量大、能源浪费等问题[6]，燃气锅炉存在氮氧化物排放高、运行费用高等问题。电锅炉虽运行相对安全，但应用受煤矿电容量限制，且运行费用也较高[7]。

煤矿余热资源丰富，具有种类多、体量大、品位低、稳定可靠等特点，可利用余热种类包括回风、矿井水、设备冷却水、空压机润滑油、瓦斯发电机排烟及缸套冷却水等[6,8]，为煤矿能源结构优化提供了有利条件。

空压机是煤矿压风系统的主要设备，是煤矿安全生产的重要保障。对于大多数生产企业，空压机的能源消耗占全部生产设备能源消耗的10%～35%。空压机在运行过程中，约80%～93%的电能转化成热能。此热量通常以风冷或水冷的形式排放到大气环境中，不仅造成了能源的浪费，也易造成环境的热污染[9,10]。目前，诸多学者已开展了空压机余热利用技术的研究，但存在以下3个问题：缺乏理论分析，对空压机工作过程中的能量转化机理不清楚，导致热回收机组选型不合适，影响系统运行效率和经济性；系统一般由两级板式换热器组成[11-14]，结构复杂、电耗高、换热效率低，另外，煤矿水质硬度高也易导致二级板式换热器结垢，严重影响换热效率和热水制备时间；……