【正文】 ③ 。剩余低溫廢熱 可根據(jù) 后續(xù)負(fù)荷需要 進(jìn)行配置； ② 工業(yè)廣場 采用 4 臺 HE700B 的高溫渦旋機(jī)組 春夏秋三季 為工業(yè)廣場的洗浴熱水提供熱源， 避免春夏秋三季開啟大鍋爐。 36 ④ 石圪臺 用熱需求分 析 表 石圪臺用熱供需對比分析 序號 地點(diǎn) 熱負(fù)荷 kW 可利用低溫?zé)?源 可回收熱量 kW 剩余熱量所能提供的采暖面積（㎡） 1 新建污水處理廠4698m2 建筑供暖 399 新建污水廠處 理礦井污水 12892 130000 2 主工業(yè)廣場每班 300 m3 洗浴熱水及新建30000m2 建筑供暖 2442550 主工業(yè)場地處理礦井污水 3364 3 風(fēng)井場地 4283 m179。/min，即 72 m179。 根據(jù)上邊計算可知，污水處理站可為煤礦 主工業(yè)場地提供春、夏、秋三季的洗澡熱水和 新建 30000m2 建筑的 冬季 采暖，為煤礦提供洗浴熱水時，可以免除該礦春、夏、秋三季的 20 噸 燃煤鍋爐的使用。若按 5小時加熱洗浴水則需要的熱量為 2443kW。 ① 新建污水處理廠 在距 煤礦工業(yè)廣場之間相距 1 公里 處 新建礦井污水處理廠 ， 污水處理廠建筑采暖面積 4698m2， 建筑單位面積熱指標(biāo)取 85W/m2，則 新建污水處理廠耗熱負(fù)荷399kW。 ③ 風(fēng)井場地 礦井回風(fēng) 礦井回風(fēng)溫度基本不受室外氣溫影響并且全年相對恒定，石圪臺煤礦礦井總回風(fēng)風(fēng)量 15000m3/min，即 250m3/s，根據(jù)實(shí)測，石圪臺煤礦冬季的回風(fēng)溫度為13℃ 15℃ ，濕度為 85%90%，本設(shè)計回風(fēng)溫按 13℃ ，相對濕度 85%計算，熱泵機(jī)組平均能效比為 ，熱泵機(jī)組可供熱量為 3875kW，相當(dāng)于 噸鍋爐供熱量。/d，即 250 m179。 表 公 共浴室沐浴用水水溫 方案設(shè)計思路 ① 在新建污水處理廠的礦井排水中提取熱量為礦井水處理廠的新建建筑提供建筑采暖； 34 ② 從 主 工業(yè)廣場的污水處理廠中提取熱量 ，春夏秋三季 為礦區(qū)的洗浴熱水提供熱量 ，冬季為新增建筑提供建筑供暖 ； ③ 從風(fēng)井場地的礦井回風(fēng)中提取熱量為該風(fēng)井場地的進(jìn)風(fēng)井提供井口防凍的熱量； 可利用低溫 熱源分析 ① 新建礦井污水 處理廠 處理礦井污水 在距 石圪臺煤礦 主工業(yè)場地將 新建礦井污水處理廠 ， 設(shè)計 處理礦井 排水量為23000m3/d，根據(jù)現(xiàn)污水處理后溫度為 18℃ 19℃ ，則熱能提取礦井污水處理后水量按 958m3/h計算，處理后的溫度按 15℃ 計算，熱泵機(jī)組平均能效比為 ，則熱泵從礦井污水中提取廢熱可提供熱量為 12892kW，相當(dāng)于 噸鍋爐的供熱量。 根據(jù) 神東 公司 各個煤礦的不同情況 （ 不同的熱源分布情況和不同的需熱情況 ） 采用不同的設(shè)計方案， 有選擇性的 為煤礦提供建筑采暖、井口防凍 或 洗浴熱水 等需求 。/d） 生活污水 （ kW） 石圪臺煤礦 15000 3875 （新建） 23000 12892 0 （現(xiàn)有） 6000 3364 哈拉溝煤礦 17500 4510 2020 1116 500 282 補(bǔ)連塔煤礦 （南風(fēng)井） 10582 2728 7000 2175 1700 523 （北風(fēng)井） 12020 3100 萬利煤礦 15036 3884 0 500 282 布爾臺煤礦 （工業(yè)廣場） 8374 2940 17000 9527 0 （孫定霍洛） 12619 3255 寸草一煤礦 6831 2175 0 400 228 寸草二煤礦 10620 3406 0 0 上灣煤礦 14343 8487 （前期） 5000 2799（前期） 0 9915 5859 （后期） 12020 6728（后期） 大柳塔煤礦 （白家渠） 12291 6090 0 6300 4827 （雙溝） 8292 4120 保德煤礦 （電廠） 10000 2599 5500 2840 360 201 （劉家堰） 16000 4123 烏蘭木倫煤礦 12600 3348 1500 847 800 444 榆家梁煤礦 （ 52 煤礦） 9615 2480 3000 1682 400 228 （ 42 煤礦） 8720 2247 （ 42 煤礦） 6884 1767 柳塔 11217 9295 1234 558 640 428 合計 80288 5927 7443 由上表可見，礦井回風(fēng)和礦井排水中蘊(yùn)含著大量的熱能，并且由于井下全年的溫度變化不大，使得礦井回風(fēng)與礦井排水中所蘊(yùn)含的熱量變化也不是很大，這就為熱泵的使用提供了相對穩(wěn)定的熱源，可以通過熱泵技術(shù)從礦井回風(fēng)和礦井排水中提取熱量為煤礦的辦公供暖、工業(yè)供暖 、洗浴供暖及提供洗浴用水。/min） 礦井排風(fēng)（ kW） 礦井排水量 （ m179。原理圖如下： 圖 太陽能 — 熱泵耦合技術(shù) 原理 圖 神華神東煤炭集 團(tuán)可利用熱源分析 本項(xiàng)目前期對神化神東煤炭集團(tuán)下屬的各個煤礦進(jìn)行調(diào)研，在各個礦上搜集資料，并進(jìn)行整理，將各個煤礦的低溫廢熱資源進(jìn)行整理匯總。 根據(jù) 2020 年 12 月在北京某建筑的測試情況 ,在最低環(huán)境氣溫 16℃ 時 ， 機(jī)組仍能正常的運(yùn)行 ， COP 可達(dá) ， 在 10℃ 以上的環(huán)境溫度中 ， 太陽能熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行效率可比普通風(fēng)冷熱泵提高 30%以上。如果與夏季制冷結(jié)合應(yīng)用于空 調(diào) ， 其優(yōu)點(diǎn)更為突出。研究表明 ， 在非寒冷地區(qū) ,既使使用普通平板型集熱器 ,集熱器效率也高達(dá) 60%~80%。其工作原理如圖 所示。太陽能熱泵系統(tǒng)由集熱器、熱泵、蓄熱器等組成 ,該系統(tǒng)是利用集熱器進(jìn)行太陽能低溫集熱 (10~20℃), 然后通過熱泵 ,將此低溫?zé)崽嵘焦?暖供熱水所需要的溫度(30~50℃) 。神化神東煤炭集團(tuán)下屬煤礦主要位于鄂爾多斯地區(qū)，該地區(qū)太陽能資源豐富，把太陽能作為熱泵的熱源，可以實(shí)現(xiàn)熱泵供暖、洗浴熱水等滿足用戶需要。 ⑶ 直膨式礦井回風(fēng)熱能利用工藝流程 29 圖 直膨式換熱工藝流程 圖 在礦井回風(fēng)源熱泵系 統(tǒng)中，如圖 所示，礦井回風(fēng)熱交換器實(shí)現(xiàn)將礦井回風(fēng)中所蘊(yùn)含的大量熱能通過 直接膨脹式的化熱方式，即通過回風(fēng)與換熱器直接換熱的方式。兩種方式 均是從礦井回風(fēng)中換取熱量，通過循環(huán)介質(zhì)將熱量帶到機(jī)組，進(jìn)行取熱。因此實(shí)現(xiàn)煤礦回風(fēng) 28 熱能的回收利用對企業(yè)的節(jié)能減排具有重要的意義。 新鮮風(fēng)流沿著巷道與圍巖，井下涌水等進(jìn)行熱交換，稀釋有害氣體后變成乏風(fēng)經(jīng)回風(fēng)井排出，由于井下風(fēng)流溫度基本不受大氣溫度及季節(jié)變換的影響，所以風(fēng)井回風(fēng)流溫度基本維持不變。 礦井水排出地面后進(jìn)入礦井水水池，由于礦井排水不是每天 24 小時內(nèi)連續(xù)排放，所以礦井水水池起到了緩沖和調(diào)節(jié)流量的作用；從礦井水水池中取水經(jīng)過旋流除砂器濾掉較大粒徑的顆粒，再經(jīng)過全自動過濾器去除細(xì)顆粒粉塵，進(jìn)入熱泵機(jī)組直接提取熱量，提取熱量后的礦井水再送至水處理廠進(jìn)行處理或其它用途。 礦井水只要經(jīng)過相應(yīng)的工藝處理，都可達(dá)到生活飲用水和工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)，但水溫發(fā)生變化，基本接近大氣環(huán) 境溫度，可提取的廢熱資源量大打折扣。 礦井水水質(zhì)狀況隨礦山開采的品種、類型、方式以及礦山所處的區(qū)域和地質(zhì) 27 構(gòu)造等的不同有較大的差異。就地區(qū)而言，一般規(guī)律是東、南部地區(qū)涌水量大，西、北部地區(qū)涌水量小。對礦井水進(jìn)行處理并加以利用，不但可防止水資源流失，避免對水環(huán)境造成污染，而且對于緩解礦區(qū)供水不足、改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、最大限度地滿足生產(chǎn)和生活用水需求具有重要意義。礦井水在開采過程中會受到粉塵和巖塵的污染，是煤礦及其它礦山具有行業(yè)特點(diǎn)的廢水，這部分廢水經(jīng)處理后，可作為生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水。 煤礦低溫廢熱資源利用 技術(shù)工藝 分析 煤礦廢熱資源豐富，可回收的廢熱資源主要有礦井排水，坑口電廠冷卻水，礦井回風(fēng)，洗浴廢水，礦井降溫冷凝熱，井筒凍結(jié)法施工時的凍結(jié)孔等， 如圖 所示。年， 即㎡，只用太陽能 供熱產(chǎn)生 現(xiàn)有 礦井排水 回收 46671kW 的熱量需要的太陽能集熱板的面積為： 422089 ㎡ 482708 ㎡ ， 因此，建議太陽能配合其他熱源使用 ， 減少系統(tǒng) 投資。27′20〞。51′40〞，東經(jīng) 106176。地理坐標(biāo)為北緯 37176。這部分能量均可以回收用于為冬季建筑采暖和全年的洗浴熱水提供熱能。 根據(jù)對 神東煤炭集團(tuán)下屬的各個煤礦的實(shí)地調(diào)研，下表為對各低溫?zé)嵩从腥秉c(diǎn)的比較： 表 熱源提取順序比較 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 礦井回風(fēng) 該地區(qū)煤礦排風(fēng)量大，溫度全年基本穩(wěn)定，回收受環(huán)境影響小； 可以降低主扇噪音和回風(fēng)中的粉塵； 使用熱泵技術(shù)回收熱能能效比 45； 受該礦的排風(fēng)位置影響； 礦井排水 礦區(qū)礦井排水量大，且溫度全年基本穩(wěn)定，熱能回收不受環(huán)境影響； 熱泵利用后 不污染水源； 使用熱泵技術(shù)回收熱能能效比 45； 受該礦的排水位置影響； 生活污水 水溫度較高； 排水量比較穩(wěn)定 ，但水量較小 ； 使用熱泵技術(shù)回收熱能能效比 45； 受生活水量影響； 太陽能 鄂爾多斯地區(qū)太陽能資源充足， 太陽能年輻射量 58526680 MJ/m2在 8℃以下時需增加電加熱 ，適合中南部地區(qū)使用 ，空氣源熱分散，制熱慢，易出現(xiàn)結(jié)霜 在有水源，或者認(rèn)為創(chuàng)造的恒溫水源 ，并且對水源水質(zhì)有要求 任何地方，但室外埋管系 統(tǒng)，工程量大， 運(yùn)行單平米費(fèi)用 夏季： /天 冬季： /天 夏季： /天 冬季： /天 夏季： /天 冬季： /天 根據(jù)上面的比較表可知，空氣源熱泵 的適用溫度為 7℃到 40℃之間，超過這一溫度范圍 熱泵在冬季時需要增加電加熱器， 然而 鄂爾多斯屬于嚴(yán)寒地區(qū)，當(dāng)?shù)氐亩咀畹?溫度為 30℃ ，因此在該地區(qū)使用空氣源熱泵時 ， 冬季 熱效率 低， 因此，空氣源熱泵在神東地區(qū)不建議冬季使用 ；由于神東集團(tuán)下屬煤礦位于山區(qū)，采用地源熱泵需要打井埋管增加了其初投資費(fèi)用， 另外神東礦區(qū)夏季 空調(diào)負(fù)荷相對較小，冬天供暖負(fù)荷較大，若采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)可能會造成冬夏負(fù)荷不平衡而影響地埋管熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行 。 根據(jù)熱泵系統(tǒng)采用不同的低溫?zé)嵩葱问娇梢詫岜梅譃橹饕娜箢?，空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵等，根?jù)不同的熱源分析比較，得出最適合神東集團(tuán)各煤礦使用的熱泵方式。 神東礦區(qū)熱泵可利用的低溫?zé)嵩催x擇分析 熱泵供熱節(jié)能主要因?yàn)榛厥樟舜罅繌U熱源中的低溫?zé)崮堋? (5) 機(jī)組能量調(diào)節(jié)較困難。 (3) 制冷、制熱 效率低。 (1) 單個壓縮機(jī)能量大。 (4) 壓縮機(jī)全封閉，免維護(hù)，壽命較長。 (2) 受力均勻，所以噪音低。 可以看出，熱泵技術(shù)相比鍋爐供熱可實(shí)現(xiàn)節(jié)能 40%左右，同時熱泵供熱不消耗燃煤，不會造成環(huán)境污染，是替代鍋爐供熱的一種新型節(jié)能環(huán)保技術(shù)。例如，將一臺效率為 70％的 鍋 爐與 COP 為 4 的熱泵相比，發(fā)電效率按目前的平均水平取 30％，則熱泵的PER 為 。顯然， PER 表達(dá)了熱泵供出能量 Qh 與在發(fā)電廠發(fā)電 W 所消耗的能量 W/η0之間的比值。 熱泵與鍋爐的節(jié)能對比分析 神華神東煤炭集團(tuán)下屬的各個礦位于鄂爾多斯及其附近地區(qū)，對解決礦區(qū)建筑供暖與職工洗浴熱水的問題， 目前傳統(tǒng)做法是傳統(tǒng)鍋爐方式進(jìn)行冬季建筑采暖與職工洗浴熱水 等用熱需求 ，下面將熱泵供熱與 鍋爐供熱 的優(yōu)劣進(jìn)行比較： 表 供熱裝置選擇 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 熱泵技術(shù) 高能節(jié)效，運(yùn)行費(fèi)用低，系統(tǒng)穩(wěn)定，智能化程度高，節(jié)能在 30%以上； 節(jié)能環(huán)保，綠色無污染； 方便舒適，一機(jī)三用； 結(jié)構(gòu)簡單，維修方便； 模塊安裝，便于添加設(shè)備； 噪音小， 系統(tǒng)較大時，初投資較大； 鍋爐 不受地區(qū)限制， 能效低 ，耗能嚴(yán)重，是熱泵系統(tǒng)的 2倍； 污染嚴(yán)重，不環(huán)保； 維修費(fèi)用高； 運(yùn)行費(fèi)用高 目前考查 熱泵機(jī)組的節(jié)能性一般是通過能效比表示， 其定義為名義制熱量（制冷量）與運(yùn)行功率之比，反映出消耗單位功率產(chǎn)生的制熱量（制冷量）的大小。 各煤礦現(xiàn)供熱狀況存在的問題 ⑴ 由于各煤礦均在增加新建建筑，使得各煤礦現(xiàn)有鍋爐不能很好地滿足其供暖要求； ⑵ 調(diào)研的各個煤礦大多采用熱風(fēng)爐對獨(dú)立風(fēng)井處的進(jìn)風(fēng)井筒進(jìn)行井口防凍，熱風(fēng)爐的熱效率低，耗煤量大 ； ⑶ 根據(jù)調(diào)研各煤礦均有使用蒸汽進(jìn)行建筑供暖和井口防凍，這就可能造成冷凝水無法回流，損失大量的熱量； ⑷ 煤礦的洗浴熱水使用鍋爐進(jìn)行加熱，因此春夏秋三季鍋爐不能停止運(yùn)行，鍋爐燃煤量大，造成能源的浪費(fèi)，同時鍋爐維修運(yùn)行費(fèi)用高。 050100150200250蒸汽鍋爐 煤粉鍋爐 熱風(fēng)爐 常壓爐 熱水鍋爐 燃?xì)鉄崴疇t5616408 9 223411510217 266數(shù)量總噸位數(shù) 圖 神東礦區(qū)供熱鍋爐統(tǒng)計匯總 下表將神華神東煤炭集團(tuán)下屬各煤礦鍋爐和熱風(fēng)爐情況 和能耗進(jìn)行統(tǒng)計分析 ： 表 各煤礦鍋爐統(tǒng)計表 項(xiàng)目 名稱 鍋爐狀況 用途 熱風(fēng)爐狀況 每年燃煤量（噸） 石圪臺煤礦 2 臺 20 噸煤粉爐（ 11 年）