葫蘆素煤礦余熱利用項(xiàng)目研究與應(yīng)用

田石磊

中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司葫蘆素煤礦生產(chǎn)技術(shù)科 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000

1 供熱基本概況

葫蘆素煤礦設(shè)有換熱站一座，熱交換站設(shè)備為洗澡水換熱機(jī)組、生活區(qū)采暖換熱機(jī)組、工業(yè)區(qū)采暖換熱機(jī)組及配套管網(wǎng)。煤礦日常采暖及生活熱水的制備均采用礦內(nèi)換熱機(jī)組換熱制備，換熱站一次熱媒設(shè)計(jì)采用中天合創(chuàng)化工項(xiàng)目提供的150/90℃高溫?zé)崴淮螣崦焦艿婪笤O(shè)在輸煤棧橋內(nèi)[1]。

換熱站內(nèi)設(shè)生活區(qū)采暖換熱器用于制備95/70℃采暖熱水，工業(yè)企業(yè)采暖換熱機(jī)組用于制備110/70℃高溫?zé)崴?，洗澡水換熱機(jī)組制備熱水，溫度為60℃，主要作為洗浴及食堂用水，耗熱量為7500KW。因煤礦采用“三班倒”勞動(dòng)用工模式，且主要以井下采掘?yàn)橹?，?duì)洗浴需求較大，故該部分用熱要求具有長(zhǎng)期連續(xù)、實(shí)時(shí)恒溫等特性。

但由于一次熱源即化工項(xiàng)目輸送的供熱溫度為110/70℃，無(wú)法到達(dá)設(shè)計(jì)值，造成供給煤礦的總熱量不足，極大地影響了煤礦生產(chǎn)和生活。同時(shí)由于一次熱源管道系統(tǒng)常年不間斷運(yùn)行，能源消耗較大，熱量流失嚴(yán)重，而且管道無(wú)法進(jìn)行系統(tǒng)性大修，存在潛在的安全隱患，影響企業(yè)安全生產(chǎn)。故急需尋求其他替代熱源，解決目前面臨的供暖總熱量不足、安全隱患等問(wèn)題。

2 余熱資源可行性分析

2.1 礦井水低位能

葫蘆素煤礦礦井水資源非常豐富，且礦內(nèi)設(shè)有礦井水處理站一座，處理工藝為絮凝沉淀+過(guò)濾消毒，處理能力1050m3/h。處理后的礦井水輸送至復(fù)用水池，其水質(zhì)滿足《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》限值要求，最后經(jīng)水泵及管道輸送至化工項(xiàng)目進(jìn)行綜合利用。經(jīng)調(diào)查研究，處理后的礦井水溫度平均溫度22-25℃，常年水溫較為穩(wěn)定，波動(dòng)較小。這些礦井水所蘊(yùn)含的低位能資源可通過(guò)中高溫型水源熱泵可將水溫提高到50-65℃，從而具備制備生活熱水的基礎(chǔ)條件。通過(guò)計(jì)算，礦井水流量增加時(shí)，水源熱泵機(jī)組可提供的熱量也隨之增加，完全能夠達(dá)到制備生活熱水所需的熱量要求。

2.2 空壓機(jī)余熱

目前葫蘆素煤礦工業(yè)場(chǎng)地壓風(fēng)機(jī)房配置4臺(tái)MM250-2S英格索蘭250KW空壓機(jī)。通過(guò)調(diào)閱葫蘆素煤礦機(jī)組運(yùn)行參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，空壓機(jī)加載運(yùn)行比例高達(dá)95.47%?？諌簷C(jī)油氣分離器溫度90℃以上，余熱資源品位較高，約60%-70%的熱量可以回收。

綜上分析，通過(guò)水源熱泵技術(shù)對(duì)礦井水和空壓機(jī)余熱資源進(jìn)行利用，可以滿足煤礦制備生活熱水所需的熱量。

3 余熱利用項(xiàng)目實(shí)施

余熱利用項(xiàng)目分為礦井水低位能利用系統(tǒng)和空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)，具體如下：

3.1 礦井水低位能利用系統(tǒng)

系統(tǒng)工作流程為：利用潛水泵將礦井水從復(fù)用水池中抽入水源熱泵中，水源熱泵通過(guò)蒸發(fā)器吸收礦井水中的熱量后，將礦井水再次返輸回復(fù)用水池中，吸收了熱量的蒸發(fā)器對(duì)冷媒進(jìn)行加溫，使之從液態(tài)變?yōu)榈蛪簹鈶B(tài)，再經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)一步壓縮后冷媒變?yōu)楦邷貧鈶B(tài)，并在冷凝器中放熱，將冷媒中的熱量傳達(dá)到自來(lái)水中，使自來(lái)水的溫度不斷升高，達(dá)到使用要求后進(jìn)入生活熱水水箱，最后通過(guò)水泵輸送至場(chǎng)區(qū)管網(wǎng)，進(jìn)入各建筑物后，供全礦職工日常使用。

3.2 空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)

空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)由油-水換熱機(jī)組和水-水換熱機(jī)組組成。主要通過(guò)對(duì)空壓機(jī)油路系統(tǒng)的改造，將壓縮機(jī)高溫油引出，經(jīng)油-水換熱器將高溫油的熱量轉(zhuǎn)移到軟化后的水中，利用溫度升高后的軟水，通過(guò)水-水換熱器將熱量傳遞到低溫的自來(lái)水進(jìn)行升溫加熱，最終輸送至生活熱水水箱中，通過(guò)水泵及管網(wǎng)供全礦職工使用。由于水冷的效果優(yōu)于風(fēng)冷的效果，因此，對(duì)空壓機(jī)高溫油管改造后不但不會(huì)影響空壓機(jī)的正常工作，而且可以延長(zhǎng)空壓機(jī)運(yùn)行壽命，減少機(jī)油消耗量，降低維護(hù)量。

4 項(xiàng)目實(shí)施及效益分析

2019年10月，余熱利用系統(tǒng)項(xiàng)目開(kāi)始施工，同年11月投入試運(yùn)行并替代了化工一次熱源制備生活熱水，系統(tǒng)運(yùn)行至今運(yùn)轉(zhuǎn)良好。項(xiàng)目實(shí)施后，葫蘆素煤礦徹底解決了洗浴用熱依靠化工熱源的局面，將替代的熱量補(bǔ)給給了礦井冬季供暖，消除了因熱量不足而產(chǎn)生的井口結(jié)冰等重大安全隱患，總體效果和效益如下：

4.1 自給自足，節(jié)能環(huán)保

自項(xiàng)目投用后，生活熱水制備能力最高可達(dá)到800m3/d，已滿足礦井的日常生產(chǎn)生活需求，在熱水方面徹底擺脫了依賴，實(shí)現(xiàn)了自給自足。由于項(xiàng)目全程采用電力，不依靠化工鍋爐和其他燃料即可實(shí)現(xiàn)熱水制備，避免了二氧化硫、氮氧化物、煙塵等污染物的產(chǎn)生，極大地降低了大氣污染風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 無(wú)人值守，節(jié)減人工

項(xiàng)目綜合了應(yīng)用信息化技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，集成了當(dāng)前最新的節(jié)能技術(shù)、云存儲(chǔ)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和遠(yuǎn)程通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在任何一臺(tái)授權(quán)的計(jì)算機(jī)上對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和對(duì)系統(tǒng)參數(shù)（溫度、水位等）的遠(yuǎn)程設(shè)置以及對(duì)主要運(yùn)行設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，整體實(shí)現(xiàn)了設(shè)備自動(dòng)啟停，而且在任何地方都可以在授權(quán)的手機(jī)上遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)。項(xiàng)目由原來(lái)的值班管理和巡查轉(zhuǎn)入無(wú)人值守模式，減少了人工，節(jié)約了費(fèi)用。

4.3 降本增效，效益顯著

該項(xiàng)目既是節(jié)能環(huán)保工程，同時(shí)也是降本增效工程。項(xiàng)目實(shí)施后，生活熱水全年制備成本約60萬(wàn)元，遠(yuǎn)小于采用化工熱源制備成本，而且基本消除了高溫高壓管道長(zhǎng)期運(yùn)行帶來(lái)的各項(xiàng)安全隱患，社會(huì)效益顯著[2]。

5 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目充分利用了煤礦自有的綠色能源，采用水源熱泵技術(shù)制備生活熱水，不僅解決了礦井生活熱水問(wèn)題，而且減少了能源消耗和污染物排放，增強(qiáng)了社會(huì)效益，體現(xiàn)了企業(yè)社會(huì)責(zé)任的落實(shí)，使煤礦在非采暖季節(jié)也實(shí)現(xiàn)了“產(chǎn)煤而不燒煤”的目標(biāo)，順應(yīng)了國(guó)家對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的要求，也為創(chuàng)建綠色礦山奠定了基礎(chǔ)。