余熱資源在礦區(qū)供暖系統(tǒng)中的應用探析

陳華

摘 要：唐山礦原有的井口保溫熱源和建筑供暖熱源均為燃煤鍋爐。余熱資源在礦區(qū)供暖系統(tǒng)中的應用既可滿足礦區(qū)用熱需求，又節(jié)約了能源，符合科學發(fā)展觀的要求，因此，其應用前景廣闊。針對礦區(qū)的余熱情況進行了深入分析，研究、探討了余熱資源在礦區(qū)供暖系統(tǒng)中的應用。

關鍵詞：唐山礦；余熱資源；供暖系統(tǒng)；熱泵技術

中圖分類號：TU995；TK115 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.084

隨著國家環(huán)境治理政策的不斷出臺，余熱資源的利用成為替代燃煤鍋爐的有效途徑之一。對于煤礦企業(yè)來說，多數(shù)礦區(qū)有回風余熱、礦井排水余熱等多種低品位資源。以往，由于熱能提取技術不成熟等原因，余熱資源未得到充分利用；而現(xiàn)在，隨著熱泵技術的發(fā)展，余熱回收綜合利用技術已成為一種適用性廣、節(jié)能環(huán)保的實用型新技術。隨著國家對環(huán)境及大氣污染的治理，利用清潔熱源替代燃煤鍋爐保證供暖已成定局。唐山礦屬于國有大型煤礦，其在生產(chǎn)過程中堅持“科技興礦”戰(zhàn)略，重視節(jié)能減排新技術的創(chuàng)新與實踐。因此，科學、合理地開發(fā)和利用礦區(qū)內已有的各類綠色低品位能源勢在必行。

1 余熱資源利用的意義

目前，礦區(qū)可利用的余熱熱源主要有礦井排水、礦井回風、瓦斯電站冷卻水、洗浴排水等。這些余熱熱源均屬于典型的低溫多源系統(tǒng)，其主要特點是溫度低、流量不穩(wěn)定、含熱量少、水質差等。由于這些余熱熱源的供熱能力和穩(wěn)定性受多種因素的影響，因此，如何利用現(xiàn)有的條件合理開發(fā)和利用這些能源具有十分重要的意義。

1.1 從科學理論方面分析

礦區(qū)內，每種可開發(fā)的低品位余熱資源的影響因素眾多、變化規(guī)律均不相同，使得每一個單獨系統(tǒng)的設計與運行不僅復雜，還存在差異。這些熱源系統(tǒng)的耦合、匹配和運行管理更是一項龐大而復雜的系統(tǒng)工程。本項目的調查可為建設可持續(xù)礦區(qū)提供供暖熱源和余熱利用方面的參考，也可為其他礦區(qū)多種余、廢熱資源的開發(fā)和利用提供借鑒，還可為建設生態(tài)礦區(qū)提供樣本。

1.2 從經(jīng)濟、節(jié)能方面分析

目前，礦區(qū)采用燃煤鍋爐供熱，大量的余、廢熱資源未得到開發(fā)和利用，熱能浪費現(xiàn)象嚴重。本項目對礦區(qū)余熱資源的調查和探討將對取締燃煤鍋爐后的供暖熱源提供很好的參考和借鑒。如果能夠充分利用余熱資源，那么就可以有效降低整個礦區(qū)的能耗，降低燃煤鍋爐帶來的環(huán)境污染。

1.3 從礦區(qū)形象方面分析

本項目的開展和實施除了可以有效降低礦區(qū)的供熱成本外，還可以降低礦區(qū)因燃煤供熱而造成的污染，極大地改善礦區(qū)及周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，從而提高礦區(qū)的社會形象。這既與“十八大”建設生態(tài)社會的精神相符，又滿足區(qū)域綠化的需要，還體現(xiàn)了煤礦企業(yè)極強的社會責任感。

2 礦區(qū)熱量需求和余熱資源現(xiàn)狀

2.1 用熱負荷情況

經(jīng)調查測算，礦區(qū)主要熱負荷情況為井口保溫熱負荷約為8.9 MW，建筑物供暖熱負荷約7.5 MW，洗浴熱負荷約3.2 MW，總計約19.6 MW。其中，井口保溫熱負荷較大，其保溫質量直接影響到井下生產(chǎn)和工作人員的安全，必須優(yōu)先保證。

2.2 余熱資源情況

為測算余熱資源的實際情況，管技人員對礦區(qū)的廢熱資源進行了統(tǒng)計。結果測得礦井回風余熱負荷為11 MW，礦井排水余熱負荷為4.3 MW，瓦斯發(fā)電余熱負荷為3 MW，洗浴排水余熱負荷為2.5 MW，余熱負荷總計20.8 MW。

2.3 熱量需求和余熱現(xiàn)狀

目前，供暖需求熱負荷為19.7 MW，礦區(qū)余熱熱能約為20.8 MW，基本能夠滿足礦區(qū)生產(chǎn)和供暖需求，從而可將礦井回風熱量用于井口防凍保溫；多余部分與瓦斯電站余熱熱量用于非大空間建筑（辦公）供暖；礦井排水熱量用于洗浴加熱；瓦斯電站余熱、洗浴污水熱量用于建筑供暖。如果將來需要增容，再考慮其他補充能源。

3 余熱資源在礦區(qū)利用的局限性

從理論上講，礦區(qū)現(xiàn)有的礦井回風余熱、礦井排水余熱、瓦斯發(fā)電余熱、洗浴排水余熱等多種低品位余熱資源均可以滿足礦區(qū)的生產(chǎn)和供暖需求；但從實際情況來看，利用各種余熱資源時會遇到較多問題。比如，利用熱泵技術對礦井回風中的熱量進行提取、利用，可能會增大井下的通風阻力。如果不能科學、合理地設計，將會對井下安全生產(chǎn)造成一定的影響。目前，礦井排水余熱資源利用技術雖具有可行性，但如果在水處理前換熱提取余熱資源，品質較高的余熱資源可以被提取，品質較差的則容易形成臟污和垢污影響傳熱。同時，排水的周期性也會影響熱泵的利用，而改變排水規(guī)律會增加排水系統(tǒng)的運行費用。再比如，排水處理后的進機組，其系統(tǒng)相對簡單，但受水處理工藝流程和排水規(guī)律的影響，處理后的水溫大大降低，熱源熱量和品質均降低，因此，需要進行利弊分析才能取得應有的效果。瓦斯發(fā)電余熱主要有尾氣余熱和冷卻水散熱余熱。其中，尾氣余熱相對穩(wěn)定，限于燃氣發(fā)電機組對冷卻水溫度的特殊要求，在設計中，需要采取相應的措施，以免因冷卻水溫度過低而影響燃氣發(fā)電機組的正常運行。由于水質較差，因此，在利用洗浴排水時，需要進行水質凈化處理。另外，由于工作人員長期從事井下作業(yè)，身上黏附的煤塵量大，因此，水處理工藝需要結合實際設置特殊的過濾設備，以防煤塵進入換熱器而影響換熱效果。

4 結論

通過對礦區(qū)的供熱需求和可利用的余熱資源進行分析，考慮到各種熱源的品質不同，且與供熱需求實際參數(shù)存在差異，要想使余熱資源滿足生產(chǎn)和供暖需求，需要進行大量的數(shù)據(jù)測算和可選方案的對比分析，同時，還要消除可能存在的多種不利因素，這樣才能將余熱資源變?yōu)閷氋F能源。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕