礦井乏風(fēng)余熱回收利用技術(shù)的研究與應(yīng)用

國能寧煤集團(tuán)梅花井煤礦生產(chǎn)服務(wù)中心 寧夏 銀川 751400

正文：

引言

為響應(yīng)節(jié)能環(huán)保要求，建立綠色能源供熱礦井[1]，據(jù)國家環(huán)保政策對燃煤鍋爐淘汰規(guī)定，梅花井煤礦立井鍋爐屬于被取締之列，明確規(guī)定必須停止運(yùn)行[2]。因此該礦風(fēng)井采用乏風(fēng)余熱回收利用技術(shù)，替代現(xiàn)有的兩臺6噸燃煤熱水鍋爐，為井口防凍提供新的綠色熱源。

1 項(xiàng)目背景

梅花井煤礦二分區(qū)設(shè)有進(jìn)風(fēng)立井、回風(fēng)立井各一座，目前使用兩臺DZL2.2-1.0/115/70-AⅡ型燃煤熱水鍋爐為井口供熱?；仫L(fēng)立井采用抽出式通風(fēng)方式，配置兩臺FBCDZ-10-NO.33軸流對旋式主通風(fēng)風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)量為125-324m3/s，目前運(yùn)行風(fēng)量為12277.31m3/s，排風(fēng)溫度18℃。本項(xiàng)目采用低溫?zé)峁艿V井排風(fēng)預(yù)熱回收利用技術(shù)，提取礦井排風(fēng)中的低溫?zé)崮?，為井口防凍提供熱源?/p>

2 技術(shù)原理

熱管是通過工質(zhì)的相變進(jìn)行熱交換的換熱元件，主要由熱管管殼、吸液芯、工質(zhì)等部分組成。其工作過程是：蒸發(fā)段的液態(tài)工質(zhì)吸收熱量后在氣液分界面上迅速汽化；汽態(tài)工質(zhì)在微小的壓差下經(jīng)絕熱段迅速到達(dá)冷凝段；冷凝段的氣態(tài)工質(zhì)向被加熱介質(zhì)放出熱量后迅速冷凝成液態(tài)；液態(tài)工質(zhì)經(jīng)吸液芯回流至蒸發(fā)段，再次在蒸發(fā)段吸熱汽化，完成熱交換的過程。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體原則

（1）充分整合礦井現(xiàn)有資源，設(shè)計(jì)適用于本礦井的乏風(fēng)熱能回收利用系統(tǒng)，將項(xiàng)目的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益最大化。

（2）采用先進(jìn)可靠的技術(shù)和設(shè)備，體現(xiàn)“以人為本、安全第一”的先進(jìn)理念，保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定高效運(yùn)行。

（3）利用先進(jìn)的自動化控制技術(shù)及監(jiān)測儀表，提高運(yùn)行管理水平，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無人值守全自動運(yùn)行。

3.2 熱平衡計(jì)算分析

（1）進(jìn)風(fēng)井井口防凍熱負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算

進(jìn)風(fēng)井進(jìn)口防凍熱負(fù)荷運(yùn)行風(fēng)量為139.2m3/s，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，依據(jù)煤安規(guī)程規(guī)定：進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)溫度按照≥2℃設(shè)計(jì)。井口防凍負(fù)荷：

式中：ρ—當(dāng)?shù)貤l件下空氣密度，取ρ=1.24

C—相應(yīng)條件下空氣比熱容；取1.01

tn—進(jìn)風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，取+2℃

tw—進(jìn)風(fēng)初始溫度，取-25.4℃

分析計(jì)算：井口防凍負(fù)荷4880kW，考慮系統(tǒng)熱量損失及負(fù)荷裕度取1.2，則井口防凍負(fù)荷為5856KW。

（2）熱量回收設(shè)計(jì)計(jì)算

礦井排風(fēng)風(fēng)量233.92m3/s，冬季回風(fēng)溫度不低于18℃，回風(fēng)濕度在90%左右。提起熱量后礦井排風(fēng)溫度按照5℃，排風(fēng)相對濕度按照100%，可回收的熱量為：

式中：h1—冬季回風(fēng)溫度為18℃，相對濕度為90%時的焓值為51.96KJ/kg

h2—冬季回風(fēng)溫度為+2℃，相對濕度為100%時的焓值為14.56 KJ/kg

ρ—礦井回風(fēng)的密度為1.05Kg/m3

分析計(jì)算：礦井排風(fēng)可回收的熱量為9185kW。

3.3 可行性分析

分析上述計(jì)算結(jié)果，經(jīng)回收熱量與熱負(fù)荷比較可得：梅花井煤礦二采區(qū)風(fēng)礦井排風(fēng)溫度下降2℃提取熱量為9185KW；進(jìn)風(fēng)井井口防凍熱負(fù)荷為5856KW，熱能裕度為3329KW。由此可見，采用通過回收礦井乏風(fēng)中的低溫?zé)崮芙鉀Q井口防凍所需熱能是可行的。

4 系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)思路，其構(gòu)成主要包括以下部分：

（1）新型熱管熱能回收系統(tǒng)模塊配置

新型熱管換熱裝置是該系統(tǒng)核心設(shè)備之一，根據(jù)本項(xiàng)目的供熱負(fù)荷需求，配置了15套RGH/G-500型單元模塊，其主要參數(shù)如表1所示：

表1 RGH/G-500熱管換熱器主要技術(shù)參數(shù)

（2）平衡系統(tǒng)阻力功能模塊

此模塊設(shè)計(jì)確保系統(tǒng)運(yùn)行時不增加風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，回風(fēng)系統(tǒng)、進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)各配置15個該模塊。風(fēng)阻平衡模塊根據(jù)對回風(fēng)井和進(jìn)風(fēng)井進(jìn)出口風(fēng)壓的檢測和監(jiān)控，采用計(jì)算機(jī)控制，自動調(diào)節(jié)平衡風(fēng)機(jī)的開啟數(shù)量。風(fēng)機(jī)運(yùn)行采用定時輪換工作的運(yùn)行控制程序，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行壽命和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

（3）通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊

2套風(fēng)機(jī)輪值通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊安裝于風(fēng)機(jī)出口處的自動風(fēng)門，用于風(fēng)道切換與風(fēng)機(jī)的檢修維護(hù)。2套非采暖季通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊安裝于風(fēng)道頂部的自動風(fēng)門，用于采暖季、非采暖季以及系統(tǒng)反風(fēng)運(yùn)行時的通風(fēng)系統(tǒng)切換。在冬季風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，礦井回風(fēng)經(jīng)引風(fēng)風(fēng)道進(jìn)入換熱室，提取熱量后經(jīng)排風(fēng)口排入大氣中；在春夏秋三季，密封封門處于開啟狀態(tài)，礦井排風(fēng)不經(jīng)過換熱器直接排出，風(fēng)機(jī)恢復(fù)原有的工作狀態(tài)；系統(tǒng)反風(fēng)運(yùn)行時，自動風(fēng)門處于開啟狀態(tài)，不影響風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。

（4）回風(fēng)水力洗塵裝置與新風(fēng)風(fēng)力洗塵裝置

前者為回風(fēng)系統(tǒng)換熱器水力洗塵裝置，用于換熱器蒸發(fā)側(cè)的熱管表面清洗；后者為新風(fēng)系統(tǒng)換熱器風(fēng)力洗塵裝置，用于換熱器冷凝側(cè)的熱管表面清洗。二者均可避免粉塵在熱管表面的附著，提高換熱器的換熱效率，確保其在壽命周期內(nèi)，熱能回收利用效果無明顯衰減。

5 結(jié)束語

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)回收利用梅花井煤礦風(fēng)井場地乏風(fēng)余熱資源，滿足井口保溫防凍需求，替代傳統(tǒng)燃煤鍋爐供熱方式[3]，是符合國家呼吁節(jié)能減排要求的具體體現(xiàn)，降低了環(huán)境污染，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提升了煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益[4]。