空氣能熱水器在煤礦的應(yīng)用淺析

朱桂芝，趙 亮，趙杭一涵

(1.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 長治有限公司，山西 長治 046000；2.北京師范大學(xué) 珠海分校，廣東 珠海 519000)

供暖是北方冬季非常重要的一項(xiàng)工作，而對于煤礦這個(gè)特殊的行業(yè)則更是必不可少的，煤礦需要供熱的地方非常多，冬天到來時(shí)，必須為井上各分散的生產(chǎn)作業(yè)地點(diǎn)和辦公場所供暖；為了防止井口結(jié)冰，保障井下溫度，主、副井口也必須供熱；職工升井后要洗澡，所有澡堂必須時(shí)刻有熱水；礦工的衣服需要定期進(jìn)行清洗，洗衣房的熱水也必不可少。因此，對于煤礦企業(yè)來說，只要有生產(chǎn)，就不能間斷供暖，而且還要保證全天候的供熱。

傳統(tǒng)的供暖主要是依靠鍋爐，而且基本上都是燃煤鍋爐。近年來，由于國家對環(huán)保和節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)和要求不斷提高，燃煤鍋爐逐步被取締，出現(xiàn)了各種形式的供暖設(shè)備，如燃?xì)忮仩t、電加熱鍋爐、太陽能熱水器和空氣能熱水器等，而使用最多最廣泛的是空氣能熱水器，它在各種供暖設(shè)施中占的比例越來越高，由于它具有很多優(yōu)點(diǎn)，在煤礦的使用也非常多。通過幾年的推廣應(yīng)用，取得了良好的效果，得到了人們的充分肯定。本文著重就空氣能熱水器和其他供暖設(shè)施進(jìn)行分析比較。

1 空氣能熱水器的發(fā)展歷程和基本原理

1.1 空氣能熱水器的發(fā)展歷程

空氣能熱水器最初產(chǎn)生于英國、美國、瑞士等西方發(fā)達(dá)國家，在這些國家空氣能熱水器市場相當(dāng)成熟，占熱水器市場的比例高達(dá)七成，其推廣使用率也很高，歐洲的使用率高達(dá)約70%,日本的使用率則更高，將近80%。我國從20世紀(jì)50年代開始研究，60年代進(jìn)行應(yīng)用。最早的而且較為成熟的空氣能熱水器是山東康特姆公司從澳大利亞引進(jìn)的，接著廣東等多地開始進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。2015年我國將空氣能熱泵列入了“國家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄”，通過多年不斷推廣和發(fā)展，普及率在逐年提高，而且加工和生產(chǎn)工藝也越來越成熟，形成了完整的空氣能熱水器產(chǎn)業(yè)鏈，尤其是在廣東和江浙一帶，廣東省產(chǎn)量占全國生產(chǎn)量的70%以上，同時(shí)，我國也逐步成為世界上空氣能熱水器最大的生產(chǎn)國和出口國。

1.2 空氣能熱水器的基本原理

空氣能熱水器是通過電能或燃油機(jī)等，給空氣一定的動(dòng)能，將其壓縮轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，從而釋放出熱量，也就是由電能或者化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，然后再通過動(dòng)能將其轉(zhuǎn)化為熱能。其工作過程正好與液體變成氣體需要吸收熱量相反，是按照“逆卡諾”原理工作的，通俗講就是依靠吸收空氣中的熱量來加熱水的。

2 空氣能熱水器的組成

空氣能熱水器的主要組成部分有：壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、冷凝器和熱交換裝置、儲(chǔ)液器、干燥過濾器、氣液分離器、油分離器、四通閥、毛細(xì)管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥及其他閥類、高壓開關(guān)、低壓開關(guān)、水位開關(guān)、水流開關(guān)、電加熱器、熱敏電阻、增焓加熱電磁閥、多路控制電磁閥、控制主板、顯示面板等。

其中制冷四大件是指蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和節(jié)流裝置四個(gè)部件；穩(wěn)定三大件是指儲(chǔ)液罐(壓縮機(jī))、膨脹閥(毛細(xì)管)、干燥過濾器(過濾水分和雜質(zhì))；除霜一大件是指四通閥。

3 傳統(tǒng)取暖設(shè)施的優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 燃煤鍋爐的優(yōu)缺點(diǎn)

1) 優(yōu)點(diǎn)。燃煤鍋爐最大優(yōu)點(diǎn)是可以燃用發(fā)熱量低、灰分大的劣質(zhì)煤，可以為國家節(jié)約大量的優(yōu)質(zhì)燃料，對于煤炭生產(chǎn)企業(yè)來說，燃煤更不是問題；其次，燃煤鍋爐技術(shù)含量相對較低，便于維護(hù)，對維修人員的技術(shù)水平相對較低一些；再則，由于該種取暖設(shè)備推廣應(yīng)用時(shí)間已經(jīng)很長,制度和標(biāo)準(zhǔn)完善,管理起來相對較容易。

2) 缺點(diǎn)。燃煤鍋爐在使用過程中要消耗大量的煤炭，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣和有毒有害的廢氣，會(huì)對空氣造成很大的污染，其中CO還會(huì)引起人員中毒，為了解決這些問題，需要增加煙氣監(jiān)測、氮氧化物排放監(jiān)測裝置等，并要考慮廢渣存放處理等，需要大量的資金和人員，基于上述原因，國家明確將其強(qiáng)行淘汰。另外，大型燃煤鍋爐多為壓力鍋爐，還存在缺水燒干等引發(fā)的爆炸事故的風(fēng)險(xiǎn)，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來很大的威脅，需要人員時(shí)刻盯守，以防意外發(fā)生；燃煤鍋爐使用過程中還存在工作量較大的問題，比如原煤運(yùn)進(jìn)和廢渣拉出，需要付出很大的體力勞動(dòng)；維護(hù)量也相對較大，每年甚至每日都必須進(jìn)行專門的維護(hù)和修理；同時(shí),作為一種特種設(shè)備每年還必須對鍋爐本體進(jìn)行內(nèi)外檢、對安全閥、壓力表等關(guān)鍵部件進(jìn)行定期檢測；對于司爐工還有著更加嚴(yán)格的特殊要求，必須進(jìn)行特殊工種的培訓(xùn)，否則不得上崗；燃煤鍋爐的噸位相對都比較大，占用場地較大，基本上都是向所有場所集中供暖，開爐和停爐影響面較大，很難進(jìn)行選擇性地供熱，供暖管路都比較長，難以對一些偏遠(yuǎn)地點(diǎn)供熱，而且熱能損耗較大，效率較低。

3.2 燃?xì)忮仩t的優(yōu)缺點(diǎn)

1) 優(yōu)點(diǎn)。燃?xì)忮仩t使用時(shí)清潔環(huán)保，無爐渣，少煙霧，對環(huán)境污染相對較小，可有效改善使用單位現(xiàn)場環(huán)境，而且人工及水電消耗量很低；氣源可以利用液態(tài)儲(chǔ)氣罐和管道輸送等方式；使用的是清潔能源，燃燒時(shí)不會(huì)在爐膛內(nèi)產(chǎn)生煙灰和積塵，因此，其運(yùn)行壽命比燃煤鍋爐要長；具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積相對較小，使用安全可靠、操作簡便、安裝迅速、效率高等特點(diǎn)；尾部煙氣回收再燃燒和冷凝技術(shù)的推廣，使其熱效率大幅度提升，當(dāng)排煙溫度降低到80 ℃以下時(shí)，其效率可達(dá)95%以上；配置技術(shù)性能良好的工業(yè)燃燒器，采用了燃燒自動(dòng)比例調(diào)節(jié)，給水自動(dòng)調(diào)節(jié)，程序啟停，全自動(dòng)運(yùn)行等先進(jìn)技術(shù)，并具有高低水位報(bào)警和極低水位、超高汽壓、熄火等自動(dòng)保護(hù)功能。

2) 缺點(diǎn)。燃?xì)忮仩t用氣量較大，價(jià)格不菲，成本較高；供氣管路、儲(chǔ)氣罐、鍋爐本體存在燃?xì)庑孤┮l(fā)有害氣體中毒和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)；部分燃?xì)忮仩t出廠產(chǎn)品不具備設(shè)備防爆功能，存在一定的安全隱患；當(dāng)供水水壓不足時(shí)容易過熱保護(hù)；適用范圍有所限制，不適合高寒地區(qū)和風(fēng)大場所的使用；由于技術(shù)較為先進(jìn)，多采用自動(dòng)化控制，一旦出現(xiàn)故障難以自行處理，需專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行維修處理；燃?xì)馊紵龝?huì)產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，對氣候和環(huán)境有一定的影響；由于氣源供應(yīng)相對緊張，局部地區(qū)存在氣源短缺或季節(jié)性短缺的情況，存在影響正常使用的因素。

3.3 電加熱鍋爐的優(yōu)缺點(diǎn)

1) 優(yōu)點(diǎn)。電鍋爐使用的是電力，所以在操作過程中非常簡單；電鍋爐在運(yùn)行時(shí)非常安靜，沒有噪音污染；電鍋爐安裝方便，占地面積相對較小，沒有煙囪和燃料的儲(chǔ)存堆放；電鍋爐所使用的燃料是電能，它具有超清潔環(huán)保的特點(diǎn)，不存在環(huán)境污染，是目前所有鍋爐產(chǎn)品中最為環(huán)保的；電鍋爐的熱效率是最高的，不存在燃料的過度浪費(fèi)；電鍋爐具有高智能化的電腦控制柜，從鍋爐啟停、運(yùn)行等一系列的操作都可實(shí)現(xiàn)智能化。

2) 缺點(diǎn)。電鍋爐的電耗非常大，運(yùn)行成本較高，新增時(shí)，有的需要對供電線路和變壓器、開關(guān)等設(shè)備進(jìn)行改造，還必須向電力部門申請?jiān)鋈莶拍軡M足要求，而增容又是一件牽涉好多企業(yè)的事情，做起來困難重重；電鍋爐使用電能，它的供電和控制線路相對較長較多，如果維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，極易出現(xiàn)線路和部件老化，產(chǎn)生漏電、短路等現(xiàn)象，甚至發(fā)生火災(zāi)和觸電傷人事故。

3.4 太陽能熱水器的優(yōu)缺點(diǎn)

1) 優(yōu)點(diǎn)。太陽能熱水器不需要其他能源，節(jié)能高效而且還省錢，使用時(shí)不會(huì)對環(huán)境造成污染；由于不使用電能或者燃?xì)?，就沒有觸電或者中毒、爆炸等危險(xiǎn)，所以太陽能熱水器的安全性非常高；太陽能熱水器的使用壽命很長，若使用合理，其壽命可長達(dá)15 a之久；太陽能熱水器的溫度穩(wěn)定性較好。

2) 缺點(diǎn)。太陽能熱水器受天氣和季節(jié)變化的影響較大，雨、雪和陰天使用效果差；目前太陽能熱水器能夠服務(wù)供暖面積相對較小，而且太陽能板安裝位置和空間的限制因素也很多，嚴(yán)重制約了它的推廣應(yīng)用。

4 空氣能熱水器的優(yōu)缺點(diǎn)分析

1) 優(yōu)點(diǎn)。空氣能熱水器是通過介質(zhì)換熱進(jìn)行工作的，它可以克服其他取暖設(shè)施上述大部分缺陷和不足，它的電加熱元件與水是隔離的，可以有效避免漏電現(xiàn)象，也可以防止泄漏有害氣體的中毒和爆炸危險(xiǎn)，非常安全，消除了鍋爐帶來的風(fēng)險(xiǎn)，而且還可以有效地避免燃煤、燃?xì)忮仩t對空氣和環(huán)境的污染；空氣能熱水器是以空氣為主體，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)能，和電熱水器相比，使用成本只有電熱水器的1/4，和傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴飨啾?，無須耗用任何燃料，使用成本只是燃?xì)鉄崴鞯?/3；空氣能熱水器不需要煤炭、不需要燃?xì)?、也不需要陽光，僅僅需要很少的電能，安放位置也沒有非常嚴(yán)格的要求，放在戶內(nèi)戶外都可以，可以非常方便地根據(jù)需要進(jìn)行集中布置和零散布置，它還不需要專門的廠房，而且使用非常方便，可就地取材，就地產(chǎn)生熱量，只要有空氣，就可以不受天氣陰晴雨雪的的影響而正常工作；空氣能熱水器的使用壽命可以達(dá)到15～20 a，日常維護(hù)簡單，勿須專人值守，依靠日常巡檢即可，可以大大減少人工投入，降低成本。

2) 缺點(diǎn)?？諝饽軣崴魇墉h(huán)境溫度的影響比較大，當(dāng)今市場上大部分的空氣能熱水器設(shè)計(jì)正常工作溫度在0～40 ℃，因此在環(huán)境溫度比較高的南方，使用效果會(huì)很好；而在冬季氣溫只有-10 ℃的北方地區(qū)，很難達(dá)到設(shè)計(jì)效果；當(dāng)氣溫為-20 ℃及其以下時(shí)，機(jī)組甚至無法啟動(dòng)。

5 結(jié) 語

在我國，煤炭在一次能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中長期占比約75%，據(jù)2019《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示,2018年世界煤炭產(chǎn)量為80.13億t,其中我國生產(chǎn)煤炭36.8億t，約占世界的46%；由此可見，煤礦在我國國民經(jīng)濟(jì)的地位還是非常重要的，而且它數(shù)量眾多，是我國的熱能利用大戶。

煤礦既是能源生產(chǎn)基地，又是能源消耗大戶，同時(shí)又是環(huán)保檢查的重點(diǎn)單位，在煤礦既有超大容量的供電系統(tǒng)，又有非常嚴(yán)格的供電要求，同時(shí)又有最嚴(yán)格的安全管理標(biāo)準(zhǔn)；既有非常大的工業(yè)場地，又有星羅棋布的供熱需求點(diǎn)，因此在燃煤鍋爐淘汰退出后，替代供暖設(shè)施的選擇就非常重要。基于對上述各供暖設(shè)施的優(yōu)缺點(diǎn)分析,結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際，從安全、環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等方面進(jìn)行綜合考慮，空氣能熱水器是最優(yōu)選擇。