【正文】 現(xiàn)有面積（㎡） 新增面積（㎡） 工業(yè)供暖 99409 52859 辦公供暖 30459 生活供暖 36290 9686 居民供暖 25175 商業(yè)供暖 930 系統(tǒng)外供暖 19700 19400 烏蘭木倫 煤礦 現(xiàn)有熱源狀況 ① 烏蘭木倫 煤礦 ：現(xiàn)有 3 臺 6 噸鍋爐，新增 1 臺 15 噸鍋爐，場地內(nèi)現(xiàn)有建筑的供暖與職工洗浴用水； 表 工業(yè)廣場 3 臺 6 噸燃煤鍋爐 建筑供暖，職工洗浴 1 臺 15 噸煤粉鍋爐 17 榆家梁 煤礦 供熱現(xiàn)狀 榆家梁 煤礦 現(xiàn)有供熱狀況 ① 供暖狀況：據(jù)統(tǒng)計，榆家梁煤礦現(xiàn)有供暖面積洗煤廠水暖： 3700 ㎡，店塔供水廠： 700 ㎡， 42 煤水暖 13600 ㎡， 52 煤氣暖 55700 ㎡， 52 煤水暖 12020㎡，新建水暖 6000 ㎡。 表 42 煤鍋爐房 2 臺 10 噸蒸汽鍋爐 建筑供暖 52 煤鍋爐房 3 臺 10 噸蒸汽鍋爐 生活區(qū)公寓建筑 供暖 2 臺 6 噸蒸汽鍋爐 生活用水和洗浴用水 43 煤 2 臺 6 噸熱風(fēng)爐 井筒防凍 大柳塔 煤礦 供熱現(xiàn)狀 大柳塔 煤礦 現(xiàn)有供熱狀況 ① 供暖狀況：據(jù)統(tǒng)計，大柳塔煤礦工業(yè)廣場現(xiàn)有供暖面積為 14 萬㎡。/min，一號副平硐風(fēng)量為2267m179。/min，雙溝進(jìn)風(fēng)井 362 m179。/min， 52 煤主斜井 1805m179。/min，白家渠進(jìn)風(fēng)立井 3271 m179。/min，一號副平硐風(fēng)量 2267m179。/min，雙溝進(jìn)風(fēng)井 362 m179。/min， 52 煤主斜井 1805m179。/min，白家渠進(jìn)風(fēng)立井 3271 m179。 擬建 1 棟職工公寓和 1 棟職工活動中心，建筑面積 10000 ㎡； ② 洗浴熱水： 根據(jù)調(diào)研資料，柳塔礦共有 290 個洗浴水龍頭，早班最大人水 442 人，全天不超過 2020 人，每班供浴水 270m179。 通過調(diào)研了解到，神東礦區(qū)擁有各類大小鍋爐 131座，詳細(xì)情況如圖 所示。由此可見，采用熱泵技術(shù)回收礦井回風(fēng)、礦井排水中的低 溫?zé)崮芸梢杂行У毓?jié)能減排，降低環(huán)境污染與溫室效應(yīng)的目的，符合神東創(chuàng)建“四化五型”企業(yè) 的 目標(biāo) 要求。 22 第三章 神東礦區(qū)低溫?zé)崮芑厥绽眉夹g(shù)分析 本章將對熱泵與鍋爐相比的節(jié)能性進(jìn)行分析，并結(jié)合神東礦區(qū)的自然地質(zhì)條件，進(jìn)行熱泵可利用的低溫?zé)嵩吹膬?yōu)化選擇，確定神東礦區(qū)熱泵低溫?zé)嵩吹膬?yōu)先利用順序，實現(xiàn)熱泵系統(tǒng)最優(yōu)化模式運行。 在與鍋爐對比過程中，為了更直觀地進(jìn)行對比， 在 熱泵理論中引入一次能源利用率 PER，用于不同類型的熱泵之間比較能量利用水平的高低，其表達(dá)式為： PER=COPη0=Qh/(W/η0） 式中： η0—— 為獲得熱泵動力時的能量利用效率， %； 對于電動熱泵而言，以電能為動力， η0即為發(fā)電效 率。這樣 PER 就 23 具有與鍋爐、加熱爐等加熱設(shè)備效率相同的含義，同樣是供熱，將鍋爐效率與熱泵 PER 相比，可以明確看出應(yīng)用熱泵的節(jié)能率較大。實際的節(jié)能率為（ ） =%。 熱泵根據(jù)壓縮機的不同 和應(yīng)用 主要分為 螺桿式熱泵機組渦旋式熱泵機組，以下為 兩 種機組的比較： 表 螺桿機與渦旋機組的比較 渦旋壓縮機 螺桿壓縮機 (1) 由于壓縮機機械部件少，渦旋轉(zhuǎn)子 。 (3) 制冷、制熱效率較高。 (5) 一臺機組采用多臺壓縮機并聯(lián)，能量調(diào)節(jié)相對較容易，有 2 個制冷劑回路，一個回路出現(xiàn)故障，另一個回路仍正常工作，可互為備用。 (2) 由于壓縮機機械結(jié)構(gòu)的原因，噪音大。 (4) 機組采用潤滑油冷卻，需要定期更換潤滑油，維護(hù)費用較高。 綜合以上 兩 種機組的特點及比較，因此本項目選擇 渦旋熱泵機組 為提取煤礦低溫?zé)嵩吹难b置 。因此，熱泵技術(shù)能否成功應(yīng)用取決于項目所在地是否有良好的低溫?zé)嵩础?下面為空氣源、水源、地源熱泵機組的比較 24 表 各種低溫?zé)嵩礋岜玫谋容^ 空氣源熱泵 水源熱泵 地源熱泵 性能指數(shù) COP 結(jié)構(gòu) 模塊化，無需備用 模塊化，無需備用 需備用機組， 機房 不需機房設(shè)施，但占地面 積大， 需要機房 需要機房 使用條件 使用溫度范圍 7℃ 40℃ 。 因此綜合考慮選用水源熱泵機組。年 ； 集熱效率達(dá) 60%80%，系統(tǒng)多用于熱水； 受環(huán)境影響大，白天能量大，黑夜與陰天能量?。? 占地面積大，且周圍不能有高大建筑 25 物遮擋； 系統(tǒng)相對復(fù)雜； 該地區(qū)風(fēng)沙大，對系統(tǒng)造成影響 地埋管 設(shè)備相對較少，系統(tǒng)簡單； 投資費用高；用熱不穩(wěn) 定，易造成低溫下降；該地區(qū)多為沙漠與巖石，打井困難； 根據(jù)調(diào)研，神東煤炭集團(tuán)下屬各礦的礦井總排水量約 83234 m3/d，理論可回收的熱量約 46671kW，相當(dāng)于 89 噸鍋爐的供熱量，生活污水量約為 11600 m3/d，理論可回收的熱量約 6500kW，相當(dāng)于 13 噸鍋爐的供熱量。同時節(jié)約大量燃煤，并且可以春秋夏三季洗浴熱水鍋爐的使用 ； 根據(jù)調(diào)研，神東集團(tuán)煤礦的礦井總回風(fēng)量約 232950m3/min，理論可回收的熱量約 60181kW，相當(dāng)于 114 噸鍋爐的供熱量，可提取這部分熱能為該礦區(qū)的建筑采暖和井口防凍提供熱源； 根據(jù)調(diào)研，鄂爾多斯地區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，地處 鄂爾多斯高原 腹地。35′24″40176。42′40〞 111176。 由于 神東集團(tuán)各礦均在鄂爾多斯附近地區(qū)，其太陽能年輻射量 58526680 MJ/m2 綜合上表和神東礦區(qū)低溫?zé)嵩吹膶嶋H使用條件 ， 給出熱泵低溫 熱源應(yīng)用的先后順序為： 礦井排水、 礦井 回風(fēng) 、生活污水、太陽能、地埋管 、空氣源 。 26 圖 煤礦廢熱資源回收示 意圖 礦井排水 礦井水是礦井開采過程中產(chǎn)生的地下涌水，為了保障礦井生產(chǎn)和安全，礦山企業(yè)投入大量人力、物力將礦井水排出地面。據(jù)統(tǒng)計，目前全國煤礦礦井每年涌水量在 42 億立方米左右，利用率為 26%左右。 礦井涌水量與 礦山所處的地理位置、氣候、地質(zhì)構(gòu)造、開采深度和開采方法等因素有關(guān)。多年的實測數(shù)據(jù)表明，礦井水在開采過程中排放量相對穩(wěn)定，作為水資源其水量是有保證的。按水質(zhì)分，礦井水主要可分為五類：潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和特殊污染型礦井水。本課題研究的在提取礦井排水廢熱資源時原理為（如圖 所示）。 圖 礦井回風(fēng) ⑴ 礦井回風(fēng)廢熱分析 礦井通風(fēng)的主要任務(wù)是 供給井下足夠的新鮮空氣，滿足人員對 氧氣的需要；沖淡井下有毒有害氣體和粉塵，保證安全生產(chǎn)；調(diào)節(jié)井下氣候，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。同時由于冬季回風(fēng)溫度較大氣溫度高，是良好的廢熱資源；夏季回風(fēng)溫度較大氣溫度低，又是良好的冷源。 本項目采用兩種礦井回風(fēng)利用方式，一種為以噴淋的方式進(jìn)行換熱，另一種方式為直接蒸發(fā)式的間接換熱。 ⑵ 噴淋式礦井回風(fēng)熱能利用工藝流程 圖 噴淋式換熱 工藝流程 在礦井回風(fēng)源熱泵系統(tǒng)中，如圖 所示，礦井回風(fēng)熱交換器實現(xiàn)將礦井回風(fēng)中所蘊含的大量熱能通過噴淋換熱方式轉(zhuǎn)移到循環(huán) 水里面，循環(huán)水作為熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩矗?jīng)過熱泵系統(tǒng)提取熱量后，循環(huán)水溫度有所降低（一般 5℃），再重新送入礦井回風(fēng)熱交換器進(jìn)行熱交換，循環(huán)往復(fù)，實現(xiàn)礦井回風(fēng)廢熱的綜合利用。 太陽能 太陽能作為可再生能源，取之不盡，用之不竭。 將太陽能作為熱泵熱源的熱泵系統(tǒng)稱為太陽能熱泵系統(tǒng)。要求供應(yīng) 60℃ 以上的熱水時 ,可增設(shè)電熱水器或煤氣鍋爐進(jìn)行補充加熱。 30 圖 太陽能熱泵工作原理 太陽能熱泵把熱泵技術(shù)和太陽能熱利用技術(shù)有機的結(jié)合起來 ， 一方面可以有效降低集熱器的板面溫度 ,提高集熱器效率。另一方面在太陽輻射條件良好的情況下 ， 太陽能熱泵加熱系統(tǒng)可以獲得比空氣源熱泵更高的蒸發(fā)溫度 ,從而提高熱泵系統(tǒng)的性能 (COP 達(dá)到 4 以上 )。太陽能熱泵系統(tǒng)可以適用于冬季溫度較低的地區(qū) ,并且通過輔助熱源提高系統(tǒng)蒸發(fā)溫度 ， 可以防止蒸發(fā)器表面結(jié)霜 ， 也間接的改善了壓縮機的工作環(huán)境 。 根據(jù)以上原理，研發(fā)出一種太陽能與熱泵的耦合技術(shù)，使太陽能熱泵在低日照條件下依然能正常運行。下面為神華神東煤炭集團(tuán)各個礦的低溫廢熱資源統(tǒng)計表： 31 表 項目 名稱 礦井排風(fēng)量 （ m179。/d） 礦井水 （ kW） 生活污水量 （ m179。 32 第四章 神華神東煤炭集團(tuán)各煤礦廢熱回收方案 本章將結(jié)合神東集團(tuán)公司所屬各礦可回收廢熱情況和各礦目前新增供熱需求或高能耗供熱環(huán)節(jié)，提出符合各礦實際需求的廢熱回收利用優(yōu)化設(shè)計方案，實現(xiàn)各礦低溫廢熱的有效利用，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)、生活供熱的節(jié)能減排。 設(shè)計依據(jù) 本工程根據(jù)建設(shè)方提供的相關(guān)資料，并依據(jù)現(xiàn)行有關(guān)國家頒發(fā)的有關(guān) 規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，具體為： ⑴ 《高溫?zé)岜孟到y(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》 GB503662020 ⑵ 《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》 GB500192020 ⑶ 《煤炭工業(yè)采暖通風(fēng)及供熱設(shè)計規(guī)范》 MT/T501396 ⑷ 《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》 GB502152020 ⑸ 《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》 GB500152020 ⑹ 《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施 暖通空調(diào) ?動力》 ⑺ 《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施 給水排水》 ⑻ 《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》 GB502432020 設(shè)計參數(shù) ⑴ 室外設(shè)計參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn) 冬季室外參數(shù) 大氣壓力 P= 采暖計算溫度 T=16℃ 通風(fēng)計算溫度 T=19℃ 極端最低溫度平均值 ℃ 冬季室外平均風(fēng)速 v= 33 夏季室外參數(shù) 大氣壓力 P= kpa 夏季通風(fēng)室外計算溫度 T=28℃ 夏季空調(diào)計算溫度 T=℃ 夏季室外風(fēng)速 v=采暖天數(shù)： 180d 最大凍土深度： 148cm ⑵ 室內(nèi)設(shè)計 參數(shù)： 表 室內(nèi)設(shè)計參數(shù) 房間名稱 夏季 冬季 新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn) m 3/ 排 風(fēng) 次 /h 噪聲標(biāo)準(zhǔn) dB(A) 溫度 ℃ 相對濕度 % 溫度 ℃ 相對濕度 % 辦公室 2426 5060 2022 40 40 會議室 2527 5060 2022 40 40 洗浴熱水 42 ⑶ 洗浴熱水參數(shù)： 根據(jù)公共浴室給水排水設(shè)計規(guī)程 CESC108:2020， 規(guī)定公共浴室各種沐浴用水水溫應(yīng)按表 確定 。 ② 主 工業(yè)場地處理 礦井 污水 根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，工業(yè)場地污水處理廠平均每天的排水量為 6000m179。/h，污水處理溫度為 18℃ 20℃ ，本 設(shè)計采用 15℃ 計算，熱泵機組平均能效比為 ，則熱泵從礦井污水中提取廢熱可提供熱量為 3364kW，相當(dāng)于 噸鍋爐的供熱量。 ④ 石圪 臺可利用低溫?zé)嵩磪R總 表 序號 名稱 數(shù)量 可回收熱量 （ kW） 理論可供暖面 積（㎡） 可替代鍋爐供熱量（ T/h） 備注 1 新建污水處理廠處理礦井污水 23000m3/d 12892 137000 可利用 2 主工業(yè)場地處 理礦井污水 6000m3/d 3364 35000 可利用 3 風(fēng)井場地礦井 回風(fēng) 15000m3/min 3875 40000 可利用 合計 20474 212020 35 用熱需求分析 目前 石圪臺生產(chǎn)、生活供熱主要通過鍋爐實現(xiàn)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，結(jié)合石圪臺實際用熱需要、用熱點位置分布等，確定以下問題可由低溫廢熱回收熱泵技術(shù)解決，達(dá)到節(jié)能減排。 ② 工業(yè)廣場 根據(jù)礦方提供的資料 ，煤礦工業(yè)廣場將要新建 10000m2 的雙職工樓，在后期還要建住宅樓與辦公樓，共計 30000m2；根據(jù)調(diào)研資料，該礦為三班制，每班 600人，該礦內(nèi)有 3 個澡堂，共計約 700 個淋浴噴頭，每班用水量為 300m179。 表 工業(yè)廣場新增需熱量統(tǒng)計 序號 類別 熱負(fù)荷 （ kW） 1 新增 建筑采暖 30000m2（熱指標(biāo)： 85 W/ m2） 2550 2 洗浴熱水 用水量 300 m2/班 2443 合計 4993 目前，石圪臺春夏 秋三季職工洗浴熱水熱源為 20 噸鍋爐進(jìn)行供熱。 ③ 風(fēng)井場地 根據(jù)調(diào)研，風(fēng)井場地有一進(jìn)風(fēng)井，設(shè)計進(jìn)風(fēng)量為 4283m179。/s，當(dāng)?shù)氐臉O端溫度為 ℃ ，根據(jù)井口防凍設(shè)計規(guī)范規(guī)定，進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)溫度不得低于 2℃ ，則冬季井口防凍所需要的熱量為 3030kW。/min 進(jìn)風(fēng)井筒防凍 3030 風(fēng)井場地礦井 回風(fēng) 3875 主要設(shè)備配置 ① 新建污水 處理廠 新建污水處理廠的水量足夠大， 先配置 2 臺 HE300 型熱泵機組解決新建污水處理廠建筑采暖，確保該場地實現(xiàn)無鍋爐供熱 。 冬季可為新建 30000m2建筑 提供采