大型离心式空压机及余热回收系统在矿井生产的应用

（1）仪表设定
报警 跳车
1 级温度
49
52
2 级温度
3 级温度
140 150
4 级温度
5 级温度
—— ——
润滑油高温度
润滑油压力
1.24 1.10
润滑油低温度
1 级振动
1.06 1.26
2 级振动
3 级振动
0.90 0.98
4 级振动
电机定子温度 A —— ——
5 级振动
电机定子温度 B —— ——
28
工业技术
保护会自动关机。 （8）按下压缩机停止按钮，30 分钟后关闭辅助油泵。 2.3 运转记录 该运转记录仅代表 C100075MX3EHD 型在山东兖矿集团东滩煤矿 所进行的试车报告，室内工作，相对湿度≤ 95%，25℃，地震烈度：7 度， 水平加速度 0.2g，垂直加速度 0.1g。记录报表仅作为该机型试车参考 作为检修依据，不具备代表英格索兰所有机型的数据对比效力，为同 等工况条件下的该机型试车提供理论参考。
工业技术
27
大型离心式空压机及余热回收系统
在矿井生产的应用
娄 方 , 魏浩然 , 张纪飞 , 陈 虎 , 赵 磊 （兖州煤业股份有限公司东滩煤矿 , 山东 邹城 273500）
摘 要：矿井空压机是固定大型机械设备和重要机房，为主井、副井、运输及采掘等矿井生产提供风源动力。本文重点介绍了东滩煤矿空压 机系统应用英格索兰离心空压机及余热回收系统运行后所起到的重要作用和取得的经济效益，为矿井的安全生产和企业的节能降耗创造了良 好条件。 关键词：离心机；合同能源；高效换热器；节能降耗
—— —— —— —— —— —— —— —— —— ——
9.2 60
（2）开机记录
排气压力
6.5bar
设定压力
6.5 bar
电机电流
125A
加载状态 ( 节流 / 满载 )
满ຫໍສະໝຸດ Baidu荷
一级压力 /
二级压力 /
1.19 bar 28℃ 0.19mil
3.0 bar 27℃ 0.39mil
温度 / 振动
309 万
40 万
备注： 1. 螺杆机气电比计算采用东滩煤矿实测数据。 2. 离心机气电比计算采用英格索兰现有客户实测数据，并增加冷却水泵功率 （40kW）修正。 3. 离心机气量参数采用在保证排气压力在 6.5bar(g) 时，机组排气量为 218m³/ min（春冬季：进气温度 10℃，夏秋季：进气温度 32℃）。 4. 备品备件费用以现东滩煤矿每年 120 万备件费用，降低到 50 万每年。 5. 年 预 计 节 能 量 计 算 公 式：（0.1328-0.0955）kWh/ m3*8600h*217 m³/ min*60min/h*0.74RMB/kWh 以上计算值采用全年平均值。
改造方案中目标离心机数据详情：
空压机名称 英格索兰 C1000 离心机
铭牌功率 额定气量 服务系数 预计气电比
1500hp 218 m3/min 1.15
0.0955
由以上表格对比可知东滩煤矿压风机站房空气压缩系统有巨大的 节能空间，具备使用离心式空压机升级替换的节能空间。通过使用一 台离心式空气压缩机替换若干台原有螺杆式空压机运行，达到高气电 比运行效率，从而达到节能效果。
1 现状分析
目前系统在用二台寿力 40m3/min 螺杆机组 ( 小机组 ) 已运行 13 年，六台复盛 60m3/min 螺杆机组（大机组）运行均在 8 年以上，设 备机头等部件磨损老化性能效率下降。由于矿井采掘工作面延伸较 远，目前有东西南北翼四个采区，最远干线 20 公里。另外风动设备 用量增加，例如风钻、风泵、气动吊梁、风动道岔、自动风门等风 动机具数量增加，矿井需求供风量每分钟 320—380m3/min。因此日 常开机“四大二小”或“五大二小”；特别是夏季空气湿度增加导 致收缩比较大，需多开一台 60m3/min 螺杆机设备，一旦机组出现故 障就无法满足生产需要，供风持续紧张局面，这样系统升级改造势 在必行。经过多方调研并结合企业目前状况，了解到英格索兰离心 式空压机技术成熟、流量大、性能稳定，决定采用合同能源管理的 办法实施该项目，根据运行效益和能源回收比例分期付款双方利益 共享。首先满足矿井生产需要，缓解供风紧张局面；其次达到环保 节能标准要求回收利用离心机产生的热量，同时依据设备性能节约 工业电能。
( 试验 )
自然喘振压力 ( 试验 )
10.3bar
其它
——
注：表格中未填写项无需检测 . 工程单位：1ba（r 巴）=0.1MP（a 兆帕） 1Psi = 0.00689Mpa 1Mpa = 145Psi，其中 pounds per square inch, gauge 磅 / 平方英寸 ( 表压 ) 1 mils = 0.00254 cm
温度 / 振动
三级压力 /
四级压力温
6.6 bar 109℃ 0.19mil
—— —— ——
温度 / 振动
度 / 振动
五级压力 /
—— —— —— 油压 / 油温 1.99bar
46℃
温度 / 振动
润滑油名称
金技油
电机轴承温 度(前/后)
——
——
电机定子温度
节流限度
—— —— ——
69
( A/B/C 相 )
电机定子温度 C
电机轴承温度前 —— ——
电机轴承温度后
电机轴承油压前 —— ——
电机轴承油压后
进气阀卸载开度
31
喘振敏感度
启动时间 / 惯性运转时间 45 240
电流互感器比率
冷却水压差 / 温度 1.2 27.2 进气 / 润滑油过滤器压差
其他
——
报警 跳车 49 52
—— —— 49 52 35 32 0.90 0.98
0 概述
东滩煤矿是年产 750 万吨特大型矿井，1989 年 12 月投产，原设 产 400 万吨，2000 经过增容改造达到目前产量，是目前兖矿本部支柱 型矿井。为矿井配套设计建造的空压机是大型固定机械设备，为主井、 副井、运输及采掘等矿井生产一线提供风源动力，是主要机电设备机 房，在矿井生产中具有重要地位。
2.1 设备安装 （1）拆除一台螺杆式空压机，在原基础上安装一台离心式空压机， 拆卸下来的螺杆机拆散作为其他螺杆机组的备品备件。 （2）压缩机的基础采用连续无缝的混凝土或钢结构件作基础， 不平坦的表面或者热膨胀会导致机器偏，经过校核该基础可以满足承 重离心机组重量和振动系数要求。 （3）设计进气管道与排放管道要考虑保证整个管线平稳畅通的 流动性、最小的压降和均匀的流速，安装与启动之前必须检查管道是 否清洁，任何压缩机管道中进入异物，都会影响或降低性能，进气管 道应短而直，管道压差小于 0.3psi，管道均应水平安装，以便管道中 的冷凝液从压缩机流出。根据现场实际情况，东滩矿采用优质不锈钢 进气管道，并在进气阀前端安装不锈钢软连接装置，进一步缓解主叶 轮受到的振动，从而保护设备的安全稳定运行。 （4）进气过滤器如位于压缩机所在厂房之外，则进气罩至少应 在地面或房顶上方 2.4-3m，且距墙边 1.8m。此要求根据压风机房现场 条件，东滩矿将其放置在压风机房北侧的风包棚下，并在吸气口侧安 装不锈钢过滤网，延长空气滤芯的使用寿命。 （5）进气管道安设时，从压缩机法兰到长半径弯管间的水平直 管距离至少要有 4 个管径长，旁通消音器 / 管道为 8 个管径长。目前 我单位安装的进气管道严格按照设计规范要求施工，务必确保机组的 安全稳定运行。 （6）排 气 管 道 的 空 气 管 尺 寸 要 与 压 缩 机 出 口 接 口 尺 寸 相 同 ， 在所有的压缩机上都必须装有短管，以便于压缩机部件的拆卸时配 管不处在维修通道上，维修时出口管要装截止阀将压缩机隔离，在 此管路安装时，安装人员或所有者应负责该设备机组的配管及工程 质量。 （7）水系统管道的设计必须考虑 2.4bar 的最小水压与 10bar 的最 大水压，无论使用何种冷却系统，水供应管线中均应安装滤网。根据 现场实际情况，水压可满足需要，鉴于东滩矿压缩机冷却水系统多年 来均采用软化水，故安装管线时没有另行加入滤网。 （8）电气驱动的压缩机不配备电气断开设备，主线路断开开关 必须由用户安装在输入管线上。客户负责设计和安装断开、过压、短 路与过载保护装置。该项目由矿方负责实施完成配电柜的安装工作， 确保压缩机的安全运行。 2.2 设备调试 （1）仪表空气的配备是英格索兰离心机启动的前提，需配备 5.66.8bar 的稳定、干燥、清洁的空气动力源 , 该管路须在机组开机前配 备完毕。 （2）辅助油泵在完成电源接线、仪表空气配备后即可启动，为 方便于在低温下启动和关闭，离心机启动前必须确保辅助油泵的正常 运转，始终保持润滑油加热器电源处于开的状态。 （3）连接控制回路接线，确保高低压电源的畅通。 （4）联接装置在连接之前必须检查驱动器旋转，使用压缩机轮 毂外围上的刻度盘指示器，使变速箱联轴节轮毂与压缩机连轴节轮毂 水平对齐。 （5）油温不低于 35℃时，检查进气阀与旁通阀是否打开，打开 排气管线的隔断阀，排放冷凝液，按压控制面板的启动按钮。 （6）观察设备的油压、振动及压缩机壳的供给油压，油温应介 于 40-46℃，供水温度不高于 35℃。 （7）在低油压、油温高低、排气高温、高振动等情况下，机组
4 效益对比
4.1 能耗对比及效益分析
项目
运行模式
预 计 年 节 预计年节约备 气电比
能量 品备件费用 kWh/m3 RMB/year RMB/year
改造前状态
4 台 60 m3/min， 2 台 40m3/min 螺杆机
0.1328
1 台 218 m3/min 英格索兰
改造后状态
0.0955
离心式压缩机
2 项目实施
该工程含离心式压缩机的设备到货验收，安装就位，基础固定， 进气管线、排气管线的铺设，内、外循环冷却水与高效换热器管线的 铺设，相配套的软起动柜、热回收装置、流量计、超管和热回收系统 所需附件等工作。机组投入使用后， 每分钟为矿井压风系统可提供 218m³/min。（0.65MPa）的压缩气体。
4.2 热回收系统 离心机余热系统包括机组内部改造、离心机专用热回收组块及管 路并网安装三个组成部分，循环水在离心机的高效换热器内进行第一 次热交换，使压缩空气从 122℃降至 35℃左右，被加热的循环水通过 密闭管道在矿澡堂处进行二次热交换，热水供职工洗浴，冷水回流至 高效换热器，反复循环。 （1）机组内部改造：C1000 型离心机出厂设置为三级冷却系统， 分别对分级压缩的空气进行水冷，其中大部分的热量集中在第三级 冷却器中，为回收利用该热量，对机组进行改造将第三级冷却器拆除， 在机组外侧加装一台高效换热器，通过水、气的热交换回收利用该 热能。 （2）专用热回收组块：该组块主要包括进水温度控制、高温水
改造前东滩煤矿空压机房设备在用情况详情
2013 年 8 月
空压机名称
铭牌气量 机组运行模式 至 12 月 总 耗 气电比
电量
1~6 ＃复盛 375kW 螺杆机 60m3/min 四大一小或者 6171218kW•h 0.1328
7~8 ＃寿力 250kW 螺杆机 40m3/min 四大两小
气电比：生产 1NM3 气体所需要的电量（kW•h）
3 运行中存在问题及完善措施
装温度表，以便监测离心机排出的高温气体是否得到冷却及冷却水系 统是否正常工作。 （4）机组的冷凝托盘旁通阀位于机组的底部，检修时需将其打开， 启动时将其关闭。但目前该机组安装空间狭窄，不利于维护人员操作 该阀，需重新铺设两路软管，将其引自机组外侧，减少维护人员触碰 高温管路的可能。 （5）仪表气体（机组动力气源）是该离心机安全运行的所有前 提与必要条件。目前采用的风源为风包内压风，无法提供稳定的气源 作为密封气时，会导致辅助油泵停运，严重影响机组安全。建议从主 干管重新铺设管路取风压或安设稳定氮气源。 （6）机组运行时，高压意外跳机是允许的，低压掉电是严禁出 现的，因此建议增加 380V 不间断 UPS 电源，以便在高压意外停机时， 低压油泵持续运行不低于二十分钟，保护轴封等关键部位的润滑及 散热。 （7）排风管道目前是 DN150 普通管路上安装两个 DN100 管路， 输送压风至 DN150 超管，建议全部改成 DN150 超管。 （8）排风管路上的流量表应外接一个二次流量显示仪，放置在 便于抄表位置。