熱泵技術(shù)在河?xùn)|煤礦的應(yīng)用實(shí)例

康 寧

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司， 山西 介休 032000）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

熱泵技術(shù)在河?xùn)|煤礦的應(yīng)用實(shí)例

康 寧

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司， 山西 介休 032000）

針對煤礦冬季采暖所存在的環(huán)境污染問題，通過采取回風(fēng)換熱器提取回風(fēng)熱能作為熱泵機(jī)組的低溫?zé)崮艿却胧?，?shí)現(xiàn)利用熱泵技術(shù)替代燃煤鍋爐解決煤礦建筑物的供暖。熱泵系統(tǒng)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，故障率低，節(jié)約了維修費(fèi)用，同時(shí)達(dá)到了節(jié)能減排的目的。

熱泵技術(shù) 煤礦采暖 節(jié)能環(huán)保

隨著新的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》及《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13271—2014）的實(shí)施，國家對環(huán)境保護(hù)的力度達(dá)到了前所未有的高度。而作為產(chǎn)煤大省山西，大部分礦井的井筒保溫采用燃煤熱風(fēng)爐供熱，生產(chǎn)生活輔助設(shè)施的采暖則采用燃煤鍋爐。這種傳統(tǒng)的取暖方式，能源轉(zhuǎn)換效率不是很高，而且消耗大量燃料，產(chǎn)生大量的固體廢物以及煙塵、二氧化硫和氮氧化物等多種污染物，這是造成冬季大氣污染的主要原因之一。同時(shí)，需要企業(yè)投入巨大的資金對鍋爐進(jìn)行脫硫除塵改造，增加了企業(yè)的負(fù)擔(dān)。而熱泵技術(shù)的應(yīng)用，則實(shí)現(xiàn)了煤礦冬季采暖無鍋爐化及夏季制冷的目標(biāo)。熱泵技術(shù)是利用低溫余（廢）熱（礦井排水、洗浴廢水、礦井回風(fēng)、電廠冷卻水等）進(jìn)行冬季供熱夏季制冷的新型能源利用方式，與傳統(tǒng)的供熱制冷方式相比，具有減少大氣污染、能源利用效率高的優(yōu)點(diǎn)，屬于國家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣的技術(shù)之一。目前，國家推廣的熱泵節(jié)能技術(shù)主要有：風(fēng)源熱泵、水源熱泵技術(shù)（淡水源、海水源）、地源熱泵技術(shù)（地下淺層地?zé)豳Y源）。

1 項(xiàng)目可行性分析

河?xùn)|煤礦位于山西省靈石縣兩渡鎮(zhèn)，緊鄰汾河而建，是山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)公司的二級(jí)單位，屬改擴(kuò)建礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3.0Mt/a。為適應(yīng)環(huán)保新要求，淘汰燃煤鍋爐，解決礦井全年洗浴熱水、建筑物的冬季采暖、夏季制冷問題，河?xùn)|礦擬采用熱泵技術(shù)為礦井提供冬季采暖、夏季制冷及洗浴熱水。

河?xùn)|煤礦崔家溝風(fēng)井回風(fēng)溫度全年都比較恒定，平均回風(fēng)溫度15～17℃，濕度90%～95%，回風(fēng)井回風(fēng)量為108m3/s，是熱泵機(jī)組良好的熱源。經(jīng)過測算，冬季可以從回風(fēng)中提取的熱量為1 880 kW，經(jīng)過熱泵機(jī)組轉(zhuǎn)換的供熱量為2 294 kW。夏季可以向回風(fēng)中釋放的熱量為7 300 kW，經(jīng)熱泵機(jī)組轉(zhuǎn)換后提供的制冷量為5 983 kW。

河?xùn)|礦現(xiàn)有建筑總面積為5 651m2，供暖負(fù)荷1 540 kW，制冷負(fù)荷2 040 kW，供洗浴熱水負(fù)荷632 kW。經(jīng)過以上計(jì)算可知，礦井回風(fēng)換熱量和回風(fēng)制冷量均能滿足礦井工業(yè)廣場建筑物采暖制冷及職工洗浴熱水的要求。

2 主要設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)

該項(xiàng)目的主要設(shè)備包括：回風(fēng)換熱器、渦旋熱泵機(jī)組、循環(huán)水處理系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管等四部分系統(tǒng)。主要是利用回風(fēng)熱交換器采取噴淋換熱方式將礦井回風(fēng)中的熱能交換給循環(huán)水，將含熱循環(huán)水作為熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩?。制熱時(shí)，熱泵系統(tǒng)從循環(huán)水中提取5℃（通常情況下）的熱量，循環(huán)水溫度下降；制冷時(shí)，熱泵系統(tǒng)向循環(huán)水釋放10℃的熱量（通常情況下），循環(huán)水溫度升高。經(jīng)過利用的循環(huán)水再重新泵入回風(fēng)熱交換器進(jìn)行熱交換，循環(huán)往復(fù)。循環(huán)水處理系統(tǒng)是通過水泵將蓄水池中吸取熱量后的循環(huán)水輸送到全自動(dòng)過濾器（河?xùn)|礦使用的過濾器精度范圍3 500～200μm）去除粉塵，滿足熱泵對水質(zhì)的要求后，進(jìn)入熱泵機(jī)組提取熱量。利用后的循環(huán)水進(jìn)入蓄水池通過以上環(huán)節(jié)往復(fù)使用。礦井回風(fēng)熱能回收原理圖見下頁圖1。

根據(jù)河?xùn)|煤礦工業(yè)場地的條件以及上述回收的廢熱量和冷負(fù)荷比較，擬定主要配置3臺(tái)HE-600B高溫型渦旋熱泵機(jī)組，回風(fēng)換熱蓄水池200m3，回風(fēng)換熱器2組，水泵若干臺(tái)等。

圖1 礦井回風(fēng)熱能回收原理圖

3 熱泵系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

河?xùn)|煤礦工業(yè)廣場2014年全年使用回風(fēng)源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行采暖供熱，全部實(shí)現(xiàn)了辦公樓供暖、職工洗浴用水。達(dá)到的溫度效果如下：礦井工業(yè)廣場廠房室內(nèi)溫度不小于14℃；辦公、生活建筑室內(nèi)溫度18～22℃；職工洗浴熱水溫度42～45℃。

4 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

1）風(fēng)源熱泵系統(tǒng)總裝機(jī)容量為485.76 kW，三臺(tái)機(jī)組按照運(yùn)行一年240天計(jì)（冬季150天，夏季90天），總用電量為140萬kW·h，電價(jià)以0.6元/度計(jì)，費(fèi)用為84萬元。

實(shí)施該項(xiàng)目前，礦井有1臺(tái)4 t和1臺(tái)1 t鍋爐，冬季兩臺(tái)運(yùn)行，春、夏、秋季一臺(tái)1 t鍋爐運(yùn)行供洗浴用熱水，1 t鍋爐小時(shí)耗煤量以0.17 t計(jì)，年耗煤量約2 450 t，噸煤價(jià)格以600元計(jì)，燃料費(fèi)用為147萬元；1 t鍋爐每天用電量為340 kW·h，則年用電量約為30萬kW·h，電費(fèi)為18萬元。即燃煤鍋爐年總運(yùn)行費(fèi)用為165萬元。與傳統(tǒng)燃煤供暖鍋爐相比，該項(xiàng)目可年節(jié)約費(fèi)用81萬元。

2）采用熱泵項(xiàng)目替代燃煤鍋爐，年減少燃煤2 450 t，每年減排 CO2總量為 6 370 t，減排 SO2總量為49 t，改善了礦區(qū)居住環(huán)境。

3）熱泵系統(tǒng)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，故障率低，節(jié)約了維修費(fèi)用。

5 結(jié)語

河?xùn)|煤礦風(fēng)源熱泵項(xiàng)目是汾西礦業(yè)集團(tuán)的重點(diǎn)環(huán)保項(xiàng)目之一，通過回收礦井回風(fēng)中的熱能，利用熱泵技術(shù)提取熱能，從而替代燃煤鍋爐，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排的目的。該技術(shù)的使用不僅符合我國環(huán)境保護(hù)與能源節(jié)約的政策，而且能夠獲得政府部門的節(jié)能減排專項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)資金支持，是煤礦取締燃煤鍋爐，實(shí)現(xiàn)清潔供熱的新技術(shù)，具有極高的推廣價(jià)值。

App lication of Heat Pum p Technology in Hedong Coal M ine

Kang Ning
（FenxiM ining Industry(Group)Co.,Ltd.,Jiexiu Shanxi 032000）

Aiming at the environmental pollution in coalmine heating in winter,through extracting the heat energy of return air by heat exchanger as low temperature heat,the coal-fired boiler is replaced by heat pump technology to provide heating for coalmine building.The heat pump system has the advantages of stable operation,high automation and low failure rate,which saves themaintenance costand achieves the goal of energy saving and emission reduction.

heatpump technology;coalmine heating;energy saving and environmental protection

TU831

A

1672-1152（2017）05-0110-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.42

2017-09-18

康寧（1982—），男，工程師，本科，畢業(yè)于中北大學(xué)，現(xiàn)在汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司環(huán)保處工作。

（編輯：王瑾）