低溫余熱資源在煤礦中的應(yīng)用探討——以寶雞市某煤礦為例

張 莉

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

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低溫余熱資源在煤礦中的應(yīng)用探討
——以寶雞市某煤礦為例

張 莉

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

介紹了煤礦低溫余熱資源的主要來源，并分析了利用低溫余熱資源的意義。結(jié)合陜西寶雞市某煤礦低溫?zé)崮芾梅桨福接懥嗣旱V低溫?zé)崮艿睦迷谔娲鷤鹘y(tǒng)鍋爐的可行性。

煤礦；低溫余能；節(jié)能減排

1　引言

煤礦在生產(chǎn)過程中的用熱需求主要有3個(gè)方面，冬季建筑物采暖、井口防凍和職工洗浴。我國(guó)大多數(shù)煤礦通過傳統(tǒng)的燃煤(燃油)鍋爐提供熱量，需要消耗大量的燃煤(燃油)，也向環(huán)境排放了大量的污染物。煤礦在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的低溫余熱資源，但由于不缺乏能源，這些低溫余熱資源往往并不被利用。隨著能源消耗日益凸顯，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，開發(fā)綠色、環(huán)保的新能源已成為各國(guó)研究的重點(diǎn)，廢熱資源回收和利用越來越受到人們的重視，因此，煤礦的低溫余熱資源回收利用就成為了迫切的需要。

2　煤礦中低溫余熱資源的利用技術(shù)及可利用的低溫余熱資源

2.1低溫?zé)岜眉夹g(shù)

到目前為止，針對(duì)礦井低溫余熱利用的技術(shù)主要是低溫?zé)岜眉夹g(shù)。低溫?zé)岜眉夹g(shù)是一種以可再生能源——淺層低溫?zé)崮転闊嵩吹男滦汀⒐?jié)能環(huán)保型冷暖中央空調(diào)系統(tǒng)，它具有冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷及常年提供衛(wèi)生熱水的功能，是一種以消耗少量電能為代價(jià)，能將大量無用的低品位廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺粺崮艿难b置[1]。

礦井低溫?zé)岜眉夹g(shù)主要有水源熱泵系統(tǒng)、空氣源熱泵系統(tǒng)和熱管回收系統(tǒng)[2]。目前在理論上較為成熟且已投入實(shí)際應(yīng)用的煤礦低溫余熱資源利用技術(shù)為水源熱泵技術(shù)[3]。

2.2煤礦可利用的低溫余熱資源

目前，煤礦可利用的低溫余熱資源，主要包括礦井排水熱量、空氣壓縮機(jī)壓縮熱量、礦井回風(fēng)熱能、洗浴廢水熱量以及太陽能等。

(1)礦井回風(fēng)熱能。一般情況下，礦井回風(fēng)的溫度、濕度一年四季變化不大，礦井回風(fēng)的相對(duì)濕度達(dá)到90%，而溫度隨著煤層賦存深度變大而變高，其蘊(yùn)涵的低溫?zé)崮茉蕉啵厥绽脙r(jià)值越高。

(2)礦井排水熱能。為了確保煤礦井下生產(chǎn)安全，礦井在開采過程中要排出大量礦井水，并且水量隨著礦井生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴(kuò)大和開采時(shí)間的增長(zhǎng)會(huì)逐年增多。這部分礦井水水溫多在18～35 ℃，溫度基本恒定，具有大量的可利用低溫?zé)崮堋?/p>

(3)空壓機(jī)余熱回收。空壓機(jī)的冷卻水具有流量穩(wěn)定、溫度較高、水質(zhì)較好等特點(diǎn)，利用基于熱泵原理的技術(shù)回收空壓機(jī)設(shè)備冷卻水的余熱。

(4)太陽能。太陽能是最清潔的能源之一，開發(fā)利用太陽能不會(huì)污染環(huán)境。在日照充足的區(qū)域，充分開發(fā)利用太陽能具有重要的意義。

3　郭家河煤礦低溫?zé)崮芾梅桨?/h2>

3.1郭家河煤礦項(xiàng)目概況

郭家河煤礦井田位于位于頁嶺以北，屬隴東黃土高原南部邊緣地帶，距離寶雞市約100 km，是一座年核定生產(chǎn)能力為500萬t的大型現(xiàn)代化礦井。郭家河煤礦煤層賦存不深，屬以地溫正常為背景的低溫區(qū)，礦井正常涌水量為6250 m3/d，項(xiàng)目所在區(qū)域全年日照時(shí)數(shù) 2200 h左右，日照比較充足。

郭家河礦井工業(yè)場(chǎng)地總耗熱量為11792 kW，其中冬季采暖耗熱量為4833.8 kW，井口防凍耗熱量為1964.2 kW，職工洗浴耗熱量為1964.2 kW。

3.2郭家河煤礦低溫余熱資源利用條件分析

(1)礦井回風(fēng)熱能。 郭家河煤礦煤層賦存不深，屬以地溫正常為背景的低溫區(qū)，礦井回風(fēng)溫度在20 ℃左右，礦井總回風(fēng)量154 m3/s，根據(jù)熱力學(xué)定理計(jì)算，該煤礦回風(fēng)釋放的熱能在788 kW，考慮低溫?zé)岜玫臒崮軗p耗，可利用的熱能就更低。因此，該煤礦礦井回風(fēng)熱能利用價(jià)值不高。

(2)礦井排水熱能。郭家河煤礦礦井正常涌水量為6250 m3/d，這部分礦井水水溫多在18～35 ℃，溫度基本恒定，具有大量的可利用低溫?zé)崮堋?/p>

郭家河煤礦安裝水源熱泵共計(jì)2組，利用礦井排水

熱源，制熱量407.96 kW，輸入功率121.77 kW，每天可置換60 ℃熱水600 m3。

(3)空壓機(jī)余熱回收。郭家河空壓站設(shè)空壓機(jī)3臺(tái)，采用風(fēng)冷冷卻方式。若要利用空壓機(jī)站的熱量，則需要將空壓機(jī)改為水冷，投資較大。另外，空壓機(jī)房設(shè)備開機(jī)時(shí)間不確定，其冷卻熱量有限，不宜利用。

(4)太陽能。本區(qū)屬暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，全年日照時(shí)數(shù) 2200 h左右，日照比較充足。礦方在在原煤倉外壁安裝太陽能集熱器110臺(tái)，總集熱面積687.5 m2，生活污水處理站屋面安裝太陽能集熱器74臺(tái)，總集熱面積462.5 m2，太陽光照充足情況下，每天產(chǎn)生55 ℃熱水共72 m3。

3.3郭家河煤礦鍋爐房?jī)?yōu)化方案

在可研階段，郭家河煤礦供熱熱源由設(shè)在礦井工業(yè)場(chǎng)地鍋爐房統(tǒng)一供給，鍋爐房設(shè)1臺(tái)4 t/h和2臺(tái)10 t/h蒸汽鍋爐，其中冬季3臺(tái)蒸汽鍋爐全部運(yùn)行，夏季運(yùn)行1臺(tái)4t/h蒸汽鍋爐。礦方從項(xiàng)目實(shí)際情況出發(fā)，充分考慮低溫余熱資源的利用，在工業(yè)場(chǎng)地設(shè)太陽能板和水源熱泵等低溫?zé)崮茉O(shè)備，作為職工洗浴耗熱熱源，替代1臺(tái)4 t/h蒸汽鍋爐。礦井每天洗浴淋浴使用熱水量總計(jì)526.2 m3。太陽能及水源熱泵每天產(chǎn)生的熱水量為672 m3，大于消耗用水量，能滿足職工正常洗浴用水需求。

3.4環(huán)境效益分析

太陽能板是清潔能源，水源熱泵回收礦井水余熱，兩者均無需耗煤，不存在固體廢棄物、有毒有害氣體及煙塵排放等問題，是環(huán)保的供熱方式。據(jù)測(cè)算，相比于傳統(tǒng)的供熱方式，每年可減少SO2排放量9.5 t、NOX排放量4.28 t、煙塵排放量2.26 t，煤炭消耗2120 t，具有顯著的環(huán)保效益。

4　結(jié)語

礦井低溫?zé)崮艿睦每商娲鷤鹘y(tǒng)的燃煤(燃油)鍋爐，減少煤炭(燃油)的消耗，同時(shí)也減少有毒有害氣體、煙塵及固體廢棄物的排放。因此，礦井低溫?zé)崮艿睦梅衔覈?guó)節(jié)能減排與環(huán)境保護(hù)的政策，對(duì)于推進(jìn)礦井低碳經(jīng)濟(jì)、建設(shè)綠色環(huán)保的和諧礦山有重要意義。隨著能源形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻和環(huán)保意識(shí)的提高，礦井余熱利用技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]王偉.低溫?zé)嵩礋岜孟到y(tǒng)在煤礦采暖中的應(yīng)用[J].環(huán)境與生活，2014(6)47.

[2]韓磊，裴婷.礦井余熱利用技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2013(5)：36～39.

[3]楊丁.水源熱泵技術(shù)在煤礦低溫余熱資源利用中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2011(11)：126～128.

2016-05-24

張莉(1983—)，女，碩士，工程師，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作。

TU833

A

1674-9944(2016)14-0190-02