礦井風(fēng)井余熱清潔利用技術(shù)的應(yīng)用

張 奇

（晉能控股裝備制造集團(tuán)大同機(jī)電裝備有限公司 山西 大同 037000）

0 引言

根據(jù)相關(guān)環(huán)保要求，礦井進(jìn)風(fēng)立井冬季供暖要求取締燃煤熱風(fēng)爐，進(jìn)行礦井乏風(fēng)余熱利用，實(shí)現(xiàn)礦井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供暖改造[1]。礦井風(fēng)井余熱清潔利用技術(shù)研究涉及進(jìn)風(fēng)立井供暖、主通風(fēng)機(jī)乏風(fēng)取熱、進(jìn)風(fēng)立井通風(fēng)、螺桿壓縮機(jī)余熱利用、瓦斯抽放泵循環(huán)水利用[2]、風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)車間布置多項(xiàng)內(nèi)容。按照研究規(guī)劃，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備布局、設(shè)備穩(wěn)裝、設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行整體梳理，針對(duì)余熱清潔利用技術(shù)適用性進(jìn)行了研究和部分功能改進(jìn)[3]，對(duì)應(yīng)冬季不同時(shí)間段環(huán)境氣溫，制定科學(xué)的運(yùn)行方式，并進(jìn)行了效果分析。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（1）一風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高壓供電實(shí)現(xiàn)雙回路互為備用分列運(yùn)行供電[4]；乏風(fēng)取熱室防雷系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)、安裝；乏風(fēng)取熱室、進(jìn)風(fēng)立井供熱室所有設(shè)備均采用防爆設(shè)備，確保供電安全；增加系統(tǒng)進(jìn)線電纜進(jìn)站設(shè)計(jì)；明確乏風(fēng)取熱冷凝水、反沖洗水經(jīng)管路排回井下水泵房，不得外排；16個(gè)反風(fēng)風(fēng)門由手動(dòng)控制改為氣動(dòng)自動(dòng)控制；乏風(fēng)取熱室進(jìn)行防洪獨(dú)立設(shè)計(jì)；要求各類鋼結(jié)構(gòu)均滿足通風(fēng)、取暖、隔音等系列要求[5]。

（2）二風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高壓供電實(shí)現(xiàn)雙回路互為備用分列運(yùn)行供電；乏風(fēng)取熱室、進(jìn)風(fēng)立井供熱室所有設(shè)備均采用防爆設(shè)備，確保供電安全；設(shè)立15臺(tái)螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行取熱，以滿足礦井通風(fēng)困難需求[6]；明確乏風(fēng)取熱冷凝水、反沖洗水經(jīng)管路排回井下水泵房，不得外排；要求各類鋼結(jié)構(gòu)均滿足通風(fēng)、取暖、隔音等系列要求。

（3）三風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高壓供電實(shí)現(xiàn)雙回路互為備用分列運(yùn)行供電；乏風(fēng)取熱室、進(jìn)風(fēng)立井供熱室所有設(shè)備均采用防爆設(shè)備，確保供電安全；供熱計(jì)算按照礦井通風(fēng)困難期計(jì)算，乏風(fēng)24 000 m3/min、進(jìn)風(fēng)23 100 m3/min；空壓機(jī)余熱回收機(jī)組管路設(shè)計(jì)進(jìn)、回油管路直接油精罐出口與溫控閥三通入口，采用整管連接；氣路取熱管路不得安裝單向閥；取熱適度，不得造成螺桿機(jī)原冷卻風(fēng)扇頻發(fā)啟動(dòng)或過度冷卻；風(fēng)道過長(zhǎng)，加強(qiáng)保溫；在新風(fēng)加熱后2 m與入井筒前2 m加兩處測(cè)溫孔，以便進(jìn)行熱損耗對(duì)比；系統(tǒng)冷凝水、反沖洗水排入三風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)污水處理站。

2 設(shè)備布局及穩(wěn)裝

圖2 設(shè)備布局及穩(wěn)裝

（1）一風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供熱車間系統(tǒng)安裝5套SMEET-FS-R-2550型直冷式乏風(fēng)熱泵機(jī)組；制氮車間空壓機(jī)余熱取熱實(shí)現(xiàn)工業(yè)廣場(chǎng)建筑采暖。系統(tǒng)設(shè)計(jì)礦井回風(fēng)10℃，風(fēng)量17 600m3/min時(shí)取9 023.84 kW，供熱量13 195.75 kW。

（2）二風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供熱車間系統(tǒng)設(shè)計(jì)回風(fēng)余熱兩級(jí)取熱和制氮車間空壓機(jī)余熱、瓦斯抽放泵循環(huán)水余熱共同實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)立井井口保溫和建筑采暖。系統(tǒng)設(shè)計(jì)礦井回風(fēng)10℃，風(fēng)量20 820 m3/min時(shí)，設(shè)計(jì)回風(fēng)噴淋式一級(jí)換熱系統(tǒng)、乙二醇二級(jí)換熱系統(tǒng)可提取熱量7 053 kW，制氮車間按開啟8臺(tái)空壓機(jī)設(shè)計(jì)可提取熱量2 130 kW，瓦斯抽放泵循環(huán)水可提取熱量2 388 kW，總供熱量11 575 kW。

車間安裝1套WL-2400S/L型降膜式污水源熱泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)車間供暖，安裝3套WL-2500S/L型降膜式污水源熱泵機(jī)組、空壓機(jī)余熱利用實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)立井井口保溫供暖。

（3）三風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供熱車間系統(tǒng)設(shè)計(jì)回風(fēng)余熱低溫?zé)峁苋岷椭频囬g空壓機(jī)余熱、瓦斯抽放泵循環(huán)水余熱共同實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)立井井口保溫和建筑采暖；系統(tǒng)設(shè)計(jì)礦井回風(fēng)13.77℃，相對(duì)濕度85%，風(fēng)量24 016 m3/min時(shí)，采用低溫?zé)峁芟到y(tǒng)可提取熱量10 528 kW,配置四套空氣源熱泵系統(tǒng)可提取熱量996 kW；制氮車間按開啟4臺(tái)空壓機(jī)設(shè)計(jì)可提取熱量1 136 kW，瓦斯抽放泵循環(huán)水可提取熱量933 kW，配置空氣電加熱3 000 kW，瓦斯循環(huán)水電加熱200 kW；總供熱量16 793 kW。

系統(tǒng)安裝RGH/G-450熱管換熱器26套，AHTRQ-2014風(fēng)道加熱器16臺(tái)，HE400MAB/Na-(E)低溫風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組4套，BR0.8-80板式換熱器2套，LY-KY-400空壓機(jī)余熱回收機(jī)組8臺(tái)。

3 系統(tǒng)運(yùn)行分析

礦井針對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、各風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)回風(fēng)溫度、不同時(shí)間段用電負(fù)荷、礦井供電容量，制定科學(xué)的運(yùn)行方案，確保系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能、供電容量合理。

（1）風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)基本參數(shù)

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（2）一風(fēng)井運(yùn)行分析

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（3）二風(fēng)井運(yùn)行分析

（4）三風(fēng)井運(yùn)行分析

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按照《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)要求，進(jìn)風(fēng)井口以下的空氣溫度必須在2℃以上，結(jié)合各風(fēng)井所用取熱設(shè)備可提供功率進(jìn)行計(jì)算，可對(duì)各環(huán)節(jié)溫度段進(jìn)行選取，并明確投入設(shè)備數(shù)量。通過對(duì)三個(gè)風(fēng)井運(yùn)行進(jìn)行分析，針對(duì)不同溫度段，所設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)設(shè)備運(yùn)行可以滿足礦井進(jìn)風(fēng)供熱需求。

4 清潔能源供暖與燃煤熱風(fēng)爐能耗對(duì)比

（1）一風(fēng)井

一風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)原穩(wěn)裝兩臺(tái)7.0 MW燃煤熱風(fēng)爐用于進(jìn)風(fēng)立井供暖，穩(wěn)裝一臺(tái)1.4 MW燃煤熱水鍋爐用于一風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)車間供暖，冬季極寒天氣不能滿足供暖要求。

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（2）二風(fēng)井

二風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)原穩(wěn)裝四臺(tái)5.6 MW燃煤熱風(fēng)爐用于進(jìn)風(fēng)立井供暖，穩(wěn)裝一臺(tái)4.2 MW燃煤熱水鍋爐用于二風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)車間供暖，冬季極寒天氣能滿足供暖要求。

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（3）三風(fēng)井

三風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)原穩(wěn)裝四臺(tái)5.6 MW燃煤熱風(fēng)爐、432 kW電熱板用于進(jìn)風(fēng)立井供暖，穩(wěn)裝一臺(tái)1.4 MW燃煤熱水鍋爐、3臺(tái)130 kW電鍋爐用于三風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)車間供暖，冬季極寒天氣不能滿足供暖要求。

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（4）三個(gè)風(fēng)井清潔能源供暖能耗對(duì)比

按每個(gè)風(fēng)井整個(gè)采暖季每分鐘加熱1萬立方米進(jìn)風(fēng)所需電能，進(jìn)行三個(gè)風(fēng)井清潔能源供暖能耗對(duì)比分析，一、二、三風(fēng)井均能滿足供暖需求，且符合綠色、環(huán)保要求，較燃煤供暖方式相比，耗能費(fèi)用節(jié)約了10%~16%，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益，改善了作業(yè)環(huán)境。

5 總結(jié)

通過對(duì)對(duì)礦井進(jìn)風(fēng)立井冬季供暖進(jìn)行改造，滿足了礦井風(fēng)井供熱需求，改善了工作環(huán)境，節(jié)約了資金，降低了耗能，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、方便維護(hù)，為礦井風(fēng)井余熱清潔利用技術(shù)提供了可借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。