新矿内蒙古能源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯市016200
摘要：在西部地区煤矿企业，由于地区空旷，风沙大，造成传统太阳能使用的维修率居高不下，在综合考虑新型式太阳能集热系统或新型节能设备的同时，综合考虑矿井压风机余热回收来制备热水，并辅以智能刷卡用水计量，可解决矿井洗浴用热水的同时降低人均洗浴用水量。
关键词：煤矿、洗浴用热水、压风机、余热回收
一、前言：
在2020年单位GDP能耗(较2005年水平)降低40%-45%的目标.且行业数据显示，空气压缩系统占中国工业总用电量的9%左右。2011年是第〝十二五〞年计划的第一年，地方政府为了完成〝节能减排〞目标，要求企业对设备进行技术改造，减少企业能源消耗,同时国家提出”碳交易”目标,强制企业进行技改。如今，节能被提到一个相当重要的高度，有人甚至把节能称为“第二能源”。企业实施节能改进,不仅可以缓解政府能源供应和建设压力，减少废气污染保护环境，更重要的是可以让企业降低能耗，减少企业自身运营成本。在这样的背景下,各个企业都行动起来,有的企业邀请大学教授和节能办官员到企业会诊,给企业技改提出良策。在国家多次倡导节能减排的今天，随着科学技术的日益创新，也使得空压机领域的节能研究得到了快速发展，空压机余热回收得到了实质性的开发和利用。空压机余热利用装置与燃油锅炉比较，无污染、一氧化碳、二氧化硫、黑烟和噪音、油污对大气环境的污染。一旦安装投入使用，只要空压机在运行，企业就随时可以提取到热水使用，不必定时定量供应，为创建资源节约型环境友好型企业奠定基础。在随着现代工业的飞速发展及市场竞争的激烈，并且由于能源的供应的紧张和价格的不断提高，人们对生产节能降耗、降低生产成本的意识和要求不断增强。特别是在大功率压缩机、风机和泵类设备中，进行变频调速改造和余热回收利用具有非常高的经济回报率。
二、空压机余热回收工作原理及其结构可行性分析:
1、热回收简介：
根据美国能源署统计。一般压缩机在运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占很小的一部分约15%，大约85%的电能转化为热量，通过风冷或者水冷的方式排放到空气中。
1)回收原理:
空压机连续的运行中，把电能转换为机械能，机械能通过专用设备压缩自然状态下的空气获得高压压缩空气，其中一小部分由机械能转换为高压压缩空气势能，另外空气被压缩产生的大量热量，经润滑油带出，最后以风冷或水冷的形式把热量散发出去。我司研发的余热回收节能设备，采用冷热交换原理，将空压机中高温润滑油中的热量转移至水中，油温为85℃,将常温水转换为55℃-70℃热水,水处理量为水冷空压机的3倍,目前同行业厂家只对客户进行油路部分的回收后,压缩的空气温度升高,导致后处理设备干燥机因入口温度高而跳机,干燥机负荷重.为了合理利用能源及用气品质,我司再次将压缩的空气进行回收,初步第一次加热后提升水初始温度后供给油路装置。
2)基本结构:
基本结构合理利用各循环水系统回收空压机润滑油路温度及空气温度，整个结构由机组冷却循环水和热水供水系统、回水系统、补水系统、电气控制系统等组成。
3)节能交换机工作状态：
压缩机运行一段时间后，温度开始升高，当冷却油温度升高到70度时，此时阀门自动打开，冷却油进热交换器将热量传递给冷却水，第一次加热温度升高10度，然后进入下一流程，如果经过热交换器后冷却油的温度仍然低于油冷却器旁通阀设定值，则不进入油冷却器而直接进入压缩机循环，以防止冷却油温度过低于在压缩机工作腔内产生冷凝水。水温不断加热至72度或以上时，热交换器内不发生热量交换，当油温升至85度以上时，此时自动切换到原有的冷却系统，保证空压机的正常运转。
4）系统特点：
1、绿色环保：本机组利用空压机的热量来获取热水，机组运行过程中，无废气、烟尘、有害气体等排放，无噪音，不污染环境。
2、安全可靠：本机组运行过程中无有毒、有害气体产生，不影响空压机组的正常运行，只要空压机组正常运行，就可制取热水，供企业职工使用，维护简单，方便耐用。适用于各种品牌空气压缩机组。
3、高效节能：安装新热能热水机的空压机组，可以提高产生气量8%，延长空压机使用寿命。并且利用空压机的余热制取热水，无须电能等运行费用，节省经济开支。
空压机余热回收原理
三、现有制热系统及空压机实际工况：
项目名称:长城二矿（福城）空气压缩机余热利用及恒温恒压淋浴供水项目
根据空压机设备规划，现有制热系统及空压机实际工况汇总如下:
（1）复盛牌油式空压机三台，200kw/台，正常运行两台，24小时不间断。
（2）汾西牌制氮机四台，280kw/台，正常运行两台，24小时不间断。
（3）蓄热水箱现有二个有效容积100m3的热水箱（40m3热水喝60m3混合水）。
（4）浴池四个，30m3/个，每班使用90m3水。（来宾一个12m3/个）
（5）原热水的加热方式为冬季太阳能、蒸汽加热，夏季太阳能热水及电加热（电加热已损坏）改为锅炉蒸汽加热。
（6）空压机与制氮机每月检修一次，每次为2-3天。标准空压机进行余热回收改造。
四、系统设计：
计算公式(空压机总功率×每千瓦产生的热量×总台数)*效率
1.吸收热量理论值计算:
1)冬天产热水量计算：冬季入水水温度低，以入水温为5度计算，需要从5度上升至55度，水温上升50度，每天产水量为：11346739.20Kcal&pide;（50℃×1000大卡/T）≈226.93T
(冬天:10、11、12、1、2、3、4月计)
2)夏天产热水量计算：夏季入水水温度高，以入水温为10度计算，需要从10度上升55度，水温上升45度，每天产水量为：11346739.20Kcal&pide;（45℃×1000大卡/T）≈252.15T
(夏天:5、6、7、8、9月计)
2.空压机热回收产生热水可供使用人数计算：
1)浴室日用水量
淋浴：按每人淋浴用水定额60L（55℃）计，每日淋浴总用水量为198m3/d（55℃）。
浴池：每班浴池充水使用一次，每日浴池总用水量为156m3/d（55℃）。
则浴室每日热水总用水量为354m3/d（55℃）。
2)热水按每人每天60L的使用量计
1）冬季可满足使用人数量为：(226.93T-156m3/d)&pide;60L=1182人
2）夏季可满足使用人数量为：(252.15T-156m3/d)&pide;60L=1602人
3、空压机制热量与制热水量：
4.员工用水量分析：
最大班生产工人1000人。按每人淋浴用水定额60L（55℃）计，淋浴热水用水总量为66m3（55℃）。浴池用水量为132m3（55℃）。最大班总热水用水量为198m3（55℃），则浴室每日热水总用水量为354m3/d（55℃）。
354m3/d-226.93m3/d=127.07m3/d
冬天需要热量为：127.07m3/d×（50℃×1000大卡/T）&pide;860KCAL=738KW
所不足的水量127.07m3/d,即采用空气源热泵机组做补充,选用广东迪贝特空气源热泵机组型号：DBT-R-25HP；制热量75KW/台,耗电量11kw,10台,制水量150m3/d。
夏天需要热量为：127.07m3/d*（45℃*1000大卡/T）=571万KCAL
所不足的水量127.07m3/d,即采用蒸汽加热做补充。
所使用煤炭571万KCAL&pide;2750KCAL/KG*10/h=20763.64KG/d
所使用电加热571万KCAL&pide;817大卡/KWH*24/h=167735.62kw/d
五、节能效益对比分析：
1、本项目空气压缩机余热利用及恒温恒压淋浴供水项目施工完成后，由改造前，每天用水量380m3/d，改造后平均用水量降为175m3/d，节约能源223%。(冬季节约资金129.38万元,夏季节约资金130.87万元)
2、运行节能分析
本项目按合同能源管理的方式进行实施，每年空压机余热回收设备节能收益为155万元，本工程建安费、设备材料费、财务成本费用、五年运行费用及其它费用合计约620万元。本项目以合同能源管理的方式实施，效益分享期为5年。
1）煤矿原使用20TDZL型蒸汽热水锅炉算10小时负荷运转下，每小时的耗煤量约为：4.8t，每天的耗煤量约48t（每吨煤价格按照180元/t考虑），每年锅炉的燃烧成本计算为：17280*180≈311万元。
2）该项目空压机余热回收产水量投资收益：
1)水温从5℃加热至55℃效益评估与投资回报
1吨(1m3)水，由5℃加热至55℃，温升50℃，所需热量为：
4台热水机一天24小时工作可产热水为266m3,每天可省燃煤费用为4389元，
每年则可节省约158万元。