遠(yuǎn)紅外熱風(fēng)輸送系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用和推廣

翟展紅

【摘 要】《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：井筒進風(fēng)井口以下的空氣溫度必須在2℃以上。安家溝風(fēng)井使用遠(yuǎn)紅外熱風(fēng)輸送系統(tǒng)替代傳統(tǒng)燃煤熱風(fēng)爐，目前已運行4個采暖季，經(jīng)評估認(rèn)為該系統(tǒng)具有初期投資少、運行可靠、運行費用低等優(yōu)點，具有良好的示范性，從長遠(yuǎn)考慮，具有一定的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益，值得在其他煤礦推廣應(yīng)用。

【Abstract】 "Coal Mine Safety Regulations" stipulates that the air temperature under the air inlet of shaft must be above 2℃. In Anjiagou air shaft， we used far infrared hot air conveying system to replace the traditional coal-fired hot blast furnace， until now， it has run 4years， the assessment shows that it has the advantages of low initial investment， reliable operation， low operating cost， and has a good demonstration， in the long run， it has a certain economic， environmental and social benefits， is worthy to be promoted in other coal mines.

【關(guān)鍵詞】遠(yuǎn)紅外；熱風(fēng)；煤礦 ；推廣

【Keywords】far-infrared； hot wind； coal mine； promotion

【中圖分類號】DT82 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0155-02

1 引言

《煤礦安全規(guī)程》第 137 條規(guī)定：“進風(fēng)井口以下的空氣溫度必須在2℃以上”，而在我國北方，冬季氣溫都在0℃以下，寒冷氣流致使井上井下溫度相差無幾，且持續(xù)時間長，必須對主井及副井進行熱風(fēng)輸送，確保熱風(fēng)入井與冷風(fēng)混合后，井內(nèi)溫度上升至5℃左右，井下方能正常生產(chǎn)，故煤礦井筒的保暖防凍工作尤為重要。

傳統(tǒng)的井筒保暖采用燃煤鍋爐產(chǎn)生的高溫蒸汽或熱水加熱管道、燃煤熱風(fēng)爐產(chǎn)生熱風(fēng)再由鼓風(fēng)機吹入井筒等方式進行供熱，運行時間雖然只有5個月，但對空氣的污染較大，運行成本又高，無論從經(jīng)濟還是環(huán)保角度考慮，選用清潔能源替代燃煤熱風(fēng)爐進行供熱已成為一種必然趨勢。我們通過市場調(diào)查，結(jié)合本公司礦井條件，對當(dāng)下比較先進的遠(yuǎn)紅外線空氣加熱、回風(fēng)源熱泵供熱兩種方案進行了比較，并在集團公司召開專題討論會，最終確定采取遠(yuǎn)紅外線空氣加熱方案。

本系統(tǒng)所使用的遠(yuǎn)紅外線是波長范圍為 4～1000 μm的電磁波，容易被有機物吸收，它本身并不是熱，而是在被物質(zhì)吸收后變成熱，通過輻射傳遞為物質(zhì)內(nèi)部加熱。系統(tǒng)啟動后，遠(yuǎn)紅外加熱管吸收電磁波，表面溫度可達(dá) 800～1000 度，使加熱管周圍15mm內(nèi)分布的空氣分子產(chǎn)生振蕩，并在1～1.4s的時間內(nèi)迅速升溫到80～210℃，然后與常態(tài)冷空氣混合后通過風(fēng)機送到主井井口和副井井口，可向井下提供 70～80℃的熱風(fēng)，使井筒溫度保持在5℃以上，確保井下設(shè)備設(shè)施的正常運轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)對電能的利用率極高，能效比達(dá)到 2.8 以上，對節(jié)約能源、環(huán)境保護、安全生產(chǎn)將帶來新的條件和效益，已在內(nèi)蒙古阿爾巴斯一礦、山西焦煤正興煤礦、西山官地礦安家溝風(fēng)井等處安裝使用。接下來以安家溝風(fēng)井為例，詳細(xì)分析該系統(tǒng)。

安家溝風(fēng)井位于天龍山風(fēng)景保護區(qū)，設(shè)計回風(fēng)量不低于8000m3/min，進風(fēng)量不低于6000m3/min，據(jù)山西省環(huán)保廳批復(fù)意見，項目供熱不得采用燃煤鍋爐，僅可采用燃油、燃?xì)?、電等清潔能源方式，但結(jié)合現(xiàn)場實際情況，燃油、燃?xì)鉀]有合適的燃料源，而電鍋爐運行成本又極高，均不具備可行性。后經(jīng)市場調(diào)研，確定選擇了揚州希德電氣公司的方案——在進風(fēng)井安裝遠(yuǎn)紅外線熱風(fēng)輸送系統(tǒng)。這是集團公司首次采用該技術(shù)，立項、招標(biāo)等手續(xù)完成后組織施工，于2013 年 8 月中旬開工，12月初完成安裝并投入運行，用時115天。

2 建設(shè)內(nèi)容

①新建門式鋼結(jié)構(gòu)廠房，長 24m，寬10m，建筑面積240m2。

②安裝 5 臺遠(yuǎn)紅外熱風(fēng)系統(tǒng)，其中 XDH-580kW 遠(yuǎn)紅外熱風(fēng)系統(tǒng) 3 臺，XDH-680kW 遠(yuǎn)紅外熱風(fēng)系統(tǒng) 2 臺。3臺運行，2臺備用，即冬季采暖運行 3 臺機組（其中 2 臺用于井下供暖，1 臺用于地面辦公區(qū)供暖），備用 2臺。主要設(shè)備選型如下表：

3 設(shè)計技術(shù)指標(biāo)

要求在冬季環(huán)境溫度-25℃、進風(fēng)量 6000 m3/min的情況下，進風(fēng)井進口熱風(fēng)溫度達(dá)到 80℃以上，井下溫度達(dá)到 5℃以上。

4 投資情況

本項目總投資 388 萬元，其中設(shè)備購置及安裝 330 萬元（含配套熱風(fēng)管網(wǎng) 70 萬元），土建 58 萬元。

4.1 運行成本分析

按照 6kV 開關(guān)柜電表讀數(shù)計算，2013-2016 年度采暖季實際用電量及費用如下表：

4.2 運行效果

通過觀察，該系統(tǒng)在2013 年至 2016 年采暖季供熱效果良好，能夠滿足井下供熱要求，實際進風(fēng)井口溫度達(dá)到 80℃以上，井下溫度達(dá)到 6℃～10℃，完全滿足《煤礦安全規(guī)程》要求。

4.3 與傳統(tǒng)燃煤鍋爐對比分析

安家溝風(fēng)井項目風(fēng)井供熱初步設(shè)計為安裝 4 臺 3T 熱風(fēng)爐，概算投資 646 萬元，其中熱風(fēng)爐 195 萬元，水泵、熱風(fēng)管等 73萬元，動力配電 84 萬元，土建（400 m2廠房）94 萬元，配套布袋除塵器、脫硫器等環(huán)保設(shè)施約 200 萬元。運行費用約 170 萬元/年，其中燃煤費用 90 萬元（參考同類型風(fēng)井燃煤量 3000 噸、按 300 元/噸計算），鍋爐維護維修費用40 萬元，環(huán)保藥劑投入 10 萬元，人工成本 15 萬元，電費及其他 15 萬元。

經(jīng)比較，采用遠(yuǎn)紅外熱風(fēng)輸送系統(tǒng)比燃煤鍋爐在投資方面可減少 258 萬元，運行費用每年可節(jié)省約 120 萬元。

4.4 存在不足及建議

4.4.1 優(yōu)化設(shè)備選型

目前項目安裝 5 臺遠(yuǎn)紅外設(shè)備，采暖期僅運行 2 臺、長期備用 3 臺。建議在今后項目中，按照風(fēng)井初期和后期進風(fēng)量，分期配置設(shè)備能力和臺數(shù)，降低初期投資。

4.4.2 遠(yuǎn)紅外熱風(fēng)不適用建筑物采暖

我們在風(fēng)井值班室及工作房也敷設(shè)了熱風(fēng)管路，利用鼓風(fēng)機輸送熱風(fēng)，但實踐中，值班人員僅使用空調(diào)即可滿足日常采暖需求，新安裝的熱風(fēng)輸送系統(tǒng)未能發(fā)揮作用。建議在今后項目中，如果井筒采用遠(yuǎn)紅外熱風(fēng)輸送方式，值班室和工作房采暖利用空調(diào)或電暖氣供熱即可。

5 總體評價

安家溝風(fēng)井是集團公司首次采用遠(yuǎn)紅外供熱技術(shù)，目前已運行近 4 個采暖季，對該總體方案做出如下評價：

①初期投資少，熱效率高，節(jié)能環(huán)保，性能穩(wěn)定，實現(xiàn)了無人值守。

②系統(tǒng)配套自控系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)犸L(fēng)爐的運行參數(shù)，并根據(jù)環(huán)境溫度及風(fēng)量自動調(diào)整功率檔位，有效降低能耗，節(jié)約運行費用。

③運行成本低，2013 年 12 月運行至 2017 年 1 月底累計耗電 306 萬度，平均每個采暖季用電費用約 45 萬元。

④維護費用極低，實際使用四年內(nèi)無任何維護。

通過以上分析，以及2017 年 2 月 9 日集團公司專題會議討論，一致認(rèn)為該系統(tǒng)在燃煤熱風(fēng)爐替代方面具有良好的示范性，從長遠(yuǎn)考慮，具有一定的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益，下一步計劃在西曲、東曲、鎮(zhèn)城底礦推廣，也值得其他礦井借鑒應(yīng)用。

【參考文獻】

【1】李興.列管式換熱器參數(shù)化設(shè)計及單管性能試驗研究[D].長春：吉林大學(xué)，2016.endprint