1、改造前现状
小康矿现有空压机7台，主要为井下送风及地面各生产单位使用，小康矿现有压风机一共7台，装机功率分别为110KW（2台）220KW（4台）、336KW（1台）。正常情况下运行1台336KW、3台220KW和1台110KW空压机。小康矿空压机现采用水冷方式散热，运行中产生的高温油及高温烟气通过水冷却塔进行散热。并未对热量进行回收，这部分热量浪费掉。小康矿浴池现利用一台8吨蒸汽锅炉为浴池供应蒸汽，平均月供蒸汽约800吨。非采暖季为浴池供应蒸汽时属于低负荷运行，运行负荷率仅为30%~40%左右，由于锅炉在低负荷状态下运行，因此运行效率极低，且由于非采暖季属于不连续运行，造成运行费用偏高，能源浪费严重，在运行中环保指标也很难保证。因此，通过项目改造，将空压机散发的热量进行回收，用于浴池用热水。这样可以在满足浴池使用的前提下，让蒸汽锅炉在夏季停运。
2、改造方案分析
2.1、小康矿浴池用水量分析
确定小康矿浴池的日用水量，是整个项目的前提要素。通过为小康矿浴池安装水表，检测到小康矿浴池日用水量为280~320立。但由于小康矿浴池几条供水管路较复杂，不能确定管路走向。因此，水表数据无法准确评估小康矿浴池日用水量。所以，通过以下两种方法对小康矿浴池日用水量进行估测：
第一种实测法，通过测量方式计算小康矿每日用水量作为参考，情况如下：
（1）一客浴现有两个圆形池子，直径3.38m，深0.96m，一天换水一遍。每天用水量7.2m3。
（2）二客浴现有两个圆形池子，直径4m，深0.96m，一天换水一遍。每天用水量4.2m3。
（3）大浴池每天换12池子水，每池水12m3，共计144m3。
（4）以上浴池共用二个淋浴水箱，每个淋浴水箱长6.15m、宽4.15m、高1.95m。每天更换4遍，共计8箱水。由于水箱上0.4m处安装溢流管、下0.3米处安装出水管。所以淋浴水箱每天最大用水量为6.15x4.15x(1.95-0.4-0.3)x8=255.3m3。
由此可计算出小康矿浴池每天用水总量为：
17.2+24.2+144+255.3=440.7m3
第二种记录法，2016年由于环保检查，小康矿锅炉停运，热力公司曾为小康矿浴池送洗浴用水。调查记录显示小康矿浴池每天输送水量为213~230m3，水温80℃。浴池通过兑入13℃自来水，将水温调至47℃。可计算浴池日用水量为419.7~453.2 m3。
两个方法计算的浴池日用水量较为接近，可互为佐证，小康矿浴池的理论用水量为453.2m3 。
2.2、空压机余热回收技术简介及产水量
2.2.1、空压机余热回收技术简介
空压机余热回收机组将高温循环油引入余热回收机组内，与水进行热交换，使水温升高到约75℃。同时由于油气内热能被余热回收机组充分吸收，压缩机得以降温。热回收机组中的热量通过二次换热模块将职工浴池用水加热至47℃。换热过程如图1所示：
图1 热水制备流程图
2.2.2、空压机余热回收系统产水量计算
大平矿空压机余热回收项目已投入使用且效果良好。将产水量较少的记录作为计算标准。大平矿全天运行1台250KW制氮机、1台300KW空压机和1台350KW空压机，产出47℃热水312.3m³。
根据以下公式可计算余热回收机组的单位功率制水率：
由上式可知：
可使用大平矿单位功率制水率来计算小康矿空压机日产水量。
现场调研发现，小康矿正常情况运行1台336KW、3台220KW的空压机，1台110KW的空压机作为补充使用。所以小康矿空压机每天产水量为345.6~383.8m3。以最少产水量345.6 m3计算，需要通过其他方式补充用水缺口。
除空压机余热回收方式外，还有多种节能技术可用于补足小康矿浴池的用水缺口。现根据小康矿现场情况，再对排气余热进行回收再利用，以提高产水量。
空压机有两部分余热可以被回收利用，机油余热和排气余热。由于空气的比热容较低，排气余热回收的经济性比机油余热回收的经济性低。所以，大平矿在只回收空压机机油余热的情况下产水量即可满足浴池需求，不用安装排气余热回收设备。但小康矿浴池用水量较大，单纯回收机油余热制水量无法满足浴池需求。需要进一步回收空压机排气余热制备热水。
因空压机排气余热回收设备运行与维护工作可与原余热回收设备一起进行，所以不用单独计算运行与维护费用。空压机排气可回收的余热量是机油可回收余热量的15%。安装空压机排气余热回收设备后，小康矿空压机余热产水量由原345.6~383.8m3提升到397.4~441.4 m3。按最低产水量397.4 m3/天，仍有55m3/天的缺口。对于缺口部分，采取夏季电锅炉-冬季蒸汽热源作为补充方案。
2.3、夏季电锅炉-冬季蒸汽热源方案运行
增设电锅炉作为备用热源，非采暖季锅炉停运的情况下使用谷时电制备热水。共计185天使用谷时电，谷时电6个小时，电价0.36元/kwh。采暖季供暖180天可使用锅炉房取暖蒸汽作为备用热源。
3、改造方案实施
本项目选用“空压机机油余热回收技术”、“空压机排气余热回收技术”、“夏季电锅炉-冬季蒸汽热源”三种方法综合方案，本方案日产水量为453.2 m3，最大日产水能力可达664 m3。其中，空压机余热回收设备最大日产水量为441 m3，电锅炉可每日可生产水量为223m3。
整体方案思路为：在小康矿空压机机组上安装机油余热回收设备及排气余热回收设备，使用两种技术对空压机余热进行彻底回收，制备47℃热水送至热力公司锅炉房水箱内，再由热力公司送至小康矿浴池。增设电锅炉作为备用热源，如出现用水量不足的情况，非采暖季使用谷时电制备热水，采暖季使用蒸汽作为备用热源。
改造包括以下6部分：
1）整套空压机系统余热回收设备改造
2）新增空压机尾部排气余热设备改造
3）新增烘干机及配电系统改造
4）新增浴池一键供水系统及浴池内部温度监测系统、控制系统
5）建设管路、水箱、供水泵、房屋等其他附属设施，如图2所示。
图2
6）增设电锅炉及相关配电系统改造如图3所示。
图3
该方案日产水量为453.2~664m3，可满足小康矿浴池用水需求。
4、浴池控制系统改造
小康矿浴池有9个池子2个淋浴水箱，对池子和淋浴水箱进行改造，主要目的是加装控制系统，根据水温及水位控制供水系统。改造方案包括以下几点：
1）、为14个池子加装电子温度仪及水温显示屏，设备安装内置电池或使用36V安全电源，不会漏电影响浴池安全。
2）、为2个淋浴水箱的供水管道安装电控阀门，工作人员可通过按钮控制供水管阀门开启及关闭。（电控阀门并联安装旁路阀门，当停电或电控阀门故障无法开启时可手动供水。）
3）、为2个淋浴水箱加装电子温度仪及电子水位计，将收集的数据显示到浴池值班室屏幕上。（屏幕包含淋浴水箱水温、水位及电控阀门开启状态和液位报警等信息）
4）、淋浴水箱设有高低水位自动报警功能，并设有高水位上限自动关闭功能（本功能不作为日常功能，仅为保险作用）。
改造完成后，浴池工作人员可实时观测浴池温度；可根据淋浴水箱水位及温度自行控制注水时间。如工作人员忘记关闭淋浴水箱注水管路阀门，设备在规定液位可自动关闭淋浴水箱的注水阀门，防止溢流浪费。
5、效益分析
5.1、小康矿浴池现蒸汽使用成本
小康矿2019年夏季5~9月蒸汽使用量为4445吨，可通过5~9月蒸汽使用量的平均值计算小康矿浴池年蒸汽使用量为10668吨，蒸汽单价210元/吨，则小康矿现浴池年蒸汽费用224万元。
5.2、改为热水直供后年运行成本
改为热水直供后，年运行费用预计71.28万元，由三部分组成，其中：
5.2.1、电费
余热回收设备年运行电费12.43万元，包括：
1）连续运行循环泵2台，电机功率7.5KW，年电费75161元。
2）间断运行循环泵2台，电机功率18.5KW，每天运行时长约6小时，年电费49144元。
5.2.2、维护费用
余热回收设备维护包含换热器清及滤芯洗、水箱及管路维护、用电设备维护备用热源等，预计维护费用每年为30万元。
5.2.3、水费
用水缺口年补充费用28.85万元。
5.3、年节能费用
小康矿现浴池年蒸汽费用224万元。改为热水直供后，年运行费用预计71.28万元。可计算本项目年节能费用为149.42万元。
6、结论
该项目技术成熟，运行安全稳定，经济效益显著，可操作性较强。2019年在大平矿已实现压风余热回收利用。经过一年的使用及反馈，浴池使用情况较好，能满足职工对热水的需求。同时，因项目的施工完成，蒸汽锅炉在夏季可以停止运转，水、电、煤、人工、设备损耗等各种费用得以减免，降低锅炉热损失率，达到节能改造的目的。
作者简介：宋涛（1986.11），男，中级电气工程师。2009年毕业于辽宁工程技术大学电气工程及其自动化专业，现在后勤服务保障中心供热五车间从事副主任工作。
