【正文】 11 年） 工業(yè)廣場(chǎng) 3 臺(tái) 6 噸熱風(fēng)爐（ 09年）位于風(fēng)井場(chǎng)地 42283 4 臺(tái) 15 噸燃煤鍋爐（ 05 年） 工業(yè)廣場(chǎng) 哈拉溝煤礦 2 臺(tái) 20 噸煤粉爐（ 11 年 ） 工業(yè)場(chǎng)地 2 臺(tái) 10 噸鍋爐 副井場(chǎng)地 1 臺(tái) 6 噸燃煤鍋爐（ 05 年） 副井場(chǎng)地 補(bǔ)連塔煤礦 5 臺(tái) 20 噸蒸汽鍋爐（ 12 年） 洗煤廠 20742 萬(wàn)利煤礦 2 臺(tái) 15 噸煤粉爐（ 11 年） 風(fēng)井場(chǎng)地 4 臺(tái) 4 噸熱風(fēng)爐（ 07年）位于工業(yè)廣場(chǎng) 30000 2 臺(tái) 4 噸鍋爐（ 06 年） 工業(yè)廣場(chǎng) 1 臺(tái) 6 噸燃煤鍋爐（ 08 年） 工業(yè)廣場(chǎng) 布爾臺(tái)煤礦 4 臺(tái) 20 噸（ 06 年） 工業(yè)廣場(chǎng) 3 臺(tái) 8 噸熱風(fēng)爐（ 06年）位于風(fēng)井場(chǎng)地 57473 1 臺(tái) 10 噸燃煤鍋爐（ 06 年） 工業(yè)廣場(chǎng) 1 臺(tái) 5 噸常壓爐 風(fēng)井場(chǎng)地 寸草二煤礦 4 臺(tái) 20 噸煤粉爐（ 10 年） 工業(yè)廣場(chǎng) 1 臺(tái) 2 噸熱風(fēng)爐（ 10年）位于工業(yè)廣場(chǎng) 寸草一煤礦 2 臺(tái) 6 噸鍋爐 工業(yè)廣場(chǎng) 2 臺(tái) 5 噸熱風(fēng)爐位于工業(yè)廣場(chǎng) 12971 1 臺(tái) 4 噸燃煤鍋爐 工業(yè)廣場(chǎng) 21 上灣煤礦 4 臺(tái)蒸汽換熱器 （ 13 年） 3 臺(tái) 7 噸熱風(fēng)爐（ 09年）位于風(fēng)井場(chǎng)地 大柳塔煤礦 6 套換熱系統(tǒng)（系統(tǒng)完成先后時(shí)間 93 年、 07 年、 11年） 3 臺(tái) 8 噸熱風(fēng)爐（ 11年）位于風(fēng)井場(chǎng)地 4092 保德煤礦 3 臺(tái) 20 噸煤粉爐（ 11 年） 棗林區(qū) 2 臺(tái) 6 噸熱風(fēng)爐（ 05年）位于康井區(qū) 2 臺(tái) 10 噸熱風(fēng)爐（ 08年）位于孫井區(qū) 25448 2 臺(tái) 4 噸鍋爐（ 02 年） 孫井區(qū) 1 臺(tái) 10 噸燃煤鍋爐（ 05 年） 孫井區(qū) 1 臺(tái) 3 噸鍋爐（ 05 年） 劉家堰風(fēng) 井區(qū) 1 臺(tái) 噸常壓爐（ 06 年） 劉家堰風(fēng) 井區(qū) 烏蘭木 倫煤礦 3 臺(tái) 6 噸鍋爐 工業(yè)廣場(chǎng) 23985 1 臺(tái) 15 噸鍋爐 工業(yè)廣場(chǎng) 榆家梁煤礦 5 臺(tái) 10 噸蒸汽鍋爐， 2 臺(tái) 6噸蒸汽鍋爐 1 臺(tái) 6 噸熱風(fēng)爐 柳塔煤礦 3 臺(tái) 4 噸蒸汽鍋爐（ 07 年） 工業(yè)廣場(chǎng) 1 臺(tái) 5 噸鍋爐（ 07 年） 1 臺(tái) 5 噸鍋爐（ 10 年） 2 臺(tái) 8 噸鍋爐（ 12 年）用于副井防凍 25544 1 臺(tái) 2 噸熱水鍋爐（ 07 年） 工業(yè)廣場(chǎng) 2 臺(tái) 2 噸鍋爐（ 07 年）用于主井防凍 合計(jì) 由上表可以看出，神華神東煤炭集團(tuán)每年的耗煤量是十分巨大 的，每年消耗燃煤 噸，排放 噸，排放 噸。由此可見(jiàn)，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。 各煤礦現(xiàn)供熱狀況存在的問(wèn)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(gè)煤礦大多采用熱風(fēng)爐對(duì)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(wú)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(shí)鍋爐維修運(yùn)行費(fèi)用高。 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(duì)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(shí)現(xiàn)熱泵系統(tǒng)最優(yōu)化模式運(yùn)行。 熱泵與鍋爐的節(jié)能對(duì)比分析 神華神東煤炭集團(tuán)下屬的各個(gè)礦位于鄂爾多斯及其附近地區(qū)，對(duì)解決礦區(qū)建筑供暖與職工洗浴熱水的問(wèn)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(wú)污染； 方便舒適，一機(jī)三用； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)，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(guò)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。 在與鍋爐對(duì)比過(guò)程中，為了更直觀地進(jìn)行對(duì)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(dòng)力時(shí)的能量利用效率， %； 對(duì)于電動(dòng)熱泵而言，以電能為動(dòng)力， η0即為發(fā)電效 率。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。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。例如，將一臺(tái)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 。實(shí)際的節(jié)能率為（ ） =%。 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(shí)熱泵供熱不消耗燃煤，不會(huì)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)。 熱泵根據(jù)壓縮機(jī)的不同 和應(yīng)用 主要分為 螺桿式熱泵機(jī)組渦旋式熱泵機(jī)組，以下為 兩 種機(jī)組的比較： 表 螺桿機(jī)與渦旋機(jī)組的比較 渦旋壓縮機(jī) 螺桿壓縮機(jī) (1) 由于壓縮機(jī)機(jī)械部件少，渦旋轉(zhuǎn)子 。 (2) 受力均勻，所以噪音低。 (3) 制冷、制熱效率較高。 (4) 壓縮機(jī)全封閉，免維護(hù)，壽命較長(zhǎng)。 (5) 一臺(tái)機(jī)組采用多臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)，能量調(diào)節(jié)相對(duì)較容易，有 2 個(gè)制冷劑回路，一個(gè)回路出現(xiàn)故障，另一個(gè)回路仍正常工作，可互為備用。 (1) 單個(gè)壓縮機(jī)能量大。 (2) 由于壓縮機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的原因，噪音大。 (3) 制冷、制熱 效率低。 (4) 機(jī)組采用潤(rùn)滑油冷卻，需要定期更換潤(rùn)滑油，維護(hù)費(fèi)用較高。 (5) 機(jī)組能量調(diào)節(jié)較困難。 綜合以上 兩 種機(jī)組的特點(diǎn)及比較，因此本項(xiàng)目選擇 渦旋熱泵機(jī)組 為提取煤礦低溫?zé)嵩吹难b置 。 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?。因此，熱泵技術(shù)能否成功應(yīng)用取決于項(xiàng)目所在地是否有良好的低溫?zé)嵩础? 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箢悾諝庠礋岜?、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。 下面為空氣源、水源、地源熱泵機(jī)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(wú)需備用 模塊化，無(wú)需備用 需備用機(jī)組， 機(jī)房 不需機(jī)房設(shè)施，但占地面 積大， 需要機(jī)房 需要機(jī)房 使用條件 使用溫度范圍 7℃ 40℃ 。在 8℃以下時(shí)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(duì)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(guò)這一溫度范圍 熱泵在冬季時(shí)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(shí) ， 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(duì)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(huì)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 。 因此綜合考慮選用水源熱泵機(jī)組。 根據(jù)對(duì) 神東煤炭集團(tuán)下屬的各個(gè)煤礦的實(shí)地調(diào)研，下表為對(duì)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(yáng)能 鄂爾多斯地區(qū)太陽(yáng)能資源充足， 太陽(yáng)能年輻射量 58526680 MJ/m2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(duì)復(fù)雜； 該地區(qū)風(fēng)沙大，對(duì)系統(tǒng)造成影響 地埋管 設(shè)備相對(duì)較少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單； 投資費(fèi)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。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。同時(shí)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。地理坐標(biāo)為北緯 37176。35′24″40176。51′40〞，東經(jīng) 106176。42′40〞 111176。27′20〞。 由于 神東集團(tuán)各礦均在鄂爾多斯附近地區(qū)，其太陽(yáng)能年輻射量 58526680 MJ/m2年， 即㎡，只用太陽(yáng)能 供熱產(chǎn)生 現(xiàn)有 礦井排水 回收 46671kW 的熱量需要的太陽(yáng)能集熱板的面積為： 422089 ㎡ 482708 ㎡ ， 因此，建議太陽(yáng)能配合其他熱源使用 ， 減少系統(tǒng) 投資。 綜合上表和神東礦區(qū)低溫?zé)嵩吹膶?shí)際使用條件 ， 給出熱泵低溫 熱源應(yīng)用的先后順序?yàn)椋?礦井排水、 礦井 回風(fēng) 、生活污水、太陽(yáng)能、地埋管 、空氣源 。 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(shí)的凍結(jié)孔等， 如圖 所示。 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(guò)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。礦井水在開采過(guò)程中會(huì)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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)煤礦礦井每年涌水量在 42 億立方米左右，利用率為 26%左右。對(duì)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(duì)水環(huán)境造成污染，而且對(duì)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)。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。多年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，礦井水在開采過(guò)程中排放量相對(duì)穩(wěn)定，作為水資源其水量是有保證的。 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。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。 礦井水只要經(jīng)過(guò)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。本課題研究的在提取礦井排水廢熱資源時(shí)原理為（如圖 所示）。 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(shí)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(guò)旋流除砂器濾掉較大粒徑的顆粒，再經(jīng)過(guò)全自動(dòng)過(guò)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。 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