煤礦回風(fēng)井回風(fēng)源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)在四臺礦的應(yīng)用

張海嶺

（同煤集團四臺礦， 山西 大同 037003）

引言

四臺礦馬家村風(fēng)井原有2臺2 t鍋爐和1臺120萬kcal熱風(fēng)爐，因為北方冬季夜晚溫度較低、早晚溫差大，2臺鍋爐和1臺熱風(fēng)爐即使全部啟動，供熱能力仍然不能滿足需求，燃煤消耗大，設(shè)備效率低，同時需要大量的操作及維護人員；另外冬季山路陡滑，存在設(shè)備運行及維護困難的隱患，解決不好會導(dǎo)致井下供排水管道凍裂，影響正常生產(chǎn)任務(wù)。因此，對馬家村回風(fēng)井回風(fēng)熱源泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)展開分析。

1 煤礦回風(fēng)井回風(fēng)源熱泵空調(diào)系統(tǒng)

經(jīng)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)考察與研究決定在馬家村安裝風(fēng)源熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)備采用熱泵技術(shù)回收馬家村礦井排風(fēng)中的余熱，用于提供冬季井筒防凍熱量，切實解決馬家村風(fēng)井遠離礦區(qū)冬季井筒防凍的難題。

1.1 四臺礦現(xiàn)有礦井回風(fēng)礦井排水資源統(tǒng)計表（如表1所示）

礦井排水4 000～5 000 m3/d，夏季水溫18℃，冬季水溫12℃，有地下1 000 m3地下礦井水池一座，礦井水經(jīng)礦井水池后進入礦井水處理廠。

表1 四臺礦井回風(fēng)礦井排水資源統(tǒng)計表

1.2 風(fēng)源熱泵特點

目前熱泵技術(shù)是一種能從自然界的空氣、土壤或水中獲得低品味熱能，經(jīng)過電力做功，輸出到高品位熱能設(shè)備中，通過轉(zhuǎn)換把消耗的電力變?yōu)楸入姛岫?～6倍以上的熱能，是一種以消耗少量電能為代價，能將大量無用的低溫?zé)崮茏優(yōu)橛杏玫母邷責(zé)崮艿男滦透咝У墓┠芗夹g(shù)[1-2]。

四臺礦在馬家村回風(fēng)井口安裝了一套礦井回風(fēng)換熱擴散塔，將礦井回風(fēng)中所蘊含的低溫?zé)崮芡ㄟ^噴淋換熱方式轉(zhuǎn)移到循環(huán)液中，作為熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩?。低溫?zé)嵩赐ㄟ^熱泵壓縮機釋放出熱能供熱，而損失熱能后的冷媒再回到交換器中繼續(xù)吸收回氣中的熱能，從而達到循環(huán)利用。目前四臺礦安裝了5臺HE600型低噪音渦旋熱泵機組，將礦井回風(fēng)中所提取的低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫臒崮躘3]。在進風(fēng)井口安裝5臺井筒防凍加熱器，滿足進風(fēng)井筒防凍用熱需求。

1.3 風(fēng)源熱泵系統(tǒng)（如下頁圖1所示）

1）能量采集系統(tǒng)-礦井回風(fēng)換熱擴散塔。如下頁圖2所示。將礦井回風(fēng)中所蘊含的低溫?zé)崮芡ㄟ^噴淋換熱方式轉(zhuǎn)移到循環(huán)液中，作為熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩础?/p>

2）能量提升系統(tǒng)-熱泵機組。如下頁圖3所示。配置5臺HE600型低噪音渦旋熱泵機組，將礦井回風(fēng)中所提取的低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫臒崮堋?/p>

3）末端能量釋放系統(tǒng)-井筒防凍加熱器。如下頁圖4所示。配置5臺井筒防凍加熱器，滿足4 080 m3/min進風(fēng)井筒防凍用熱需求。

2 社會經(jīng)濟效益

該設(shè)備利用礦井排風(fēng)余熱綠色能源替代傳統(tǒng)的燃煤鍋爐和熱風(fēng)爐，減少大氣污染、減輕勞動力、減少能源消耗，從而達到節(jié)能減排的目的。據(jù)統(tǒng)計使用原有鍋爐和熱風(fēng)爐每個供熱季燃煤5 600 t，使用熱泵空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排效益為：年減少燃煤5 600 t，CO2減排量14 560 t，SO2減排量112 t，氮氧化物減排量38.08 t，煙塵減排量1 120 t。風(fēng)源熱泵空調(diào)系統(tǒng)投入運行后，自2017年11月23日起使用熱泵空調(diào)代替原有的鍋爐和熱風(fēng)爐給井筒供熱，至2018年4月底共運行160 d，運行情況良好，進風(fēng)溫度保持在18℃左右（煤礦安全工程要求2℃以上），總耗電量82萬kWh，平均日耗電約0.5萬kWh，按照電價0.54元/kWh計算，投入電費44.28萬元；節(jié)約燃煤5 600 t，按照現(xiàn)階段煤碳市場價格400元/t，節(jié)約資金224萬元。綜合計算節(jié)省資金投入179.72萬元/年。

圖1 系統(tǒng)圖

圖2 礦井回風(fēng)換熱擴散塔

圖3 熱泵機組

圖4 井筒防凍加熱器

3 結(jié)論

1）四臺礦利用風(fēng)源熱泵技術(shù)減少了冬季給礦井井筒供熱時對燃煤鍋爐的依賴，既減少了二氧化硫、二氧化碳的排放，又達到了節(jié)約成本的目的。

2）風(fēng)源熱泵技術(shù)不受天氣影響一年四季全天候運行，且系統(tǒng)運行安全可靠，能夠避免傳統(tǒng)鍋爐運行中存在的中毒、易燃、易爆、短路等危險。

3）該系統(tǒng)使用壽命長，維護費用低，可實現(xiàn)無人化操作，全自動智能控制，對環(huán)境無污染，具有良好的社會效益。