矿井回风余热利用风源热泵供热及制冷系统技术研究

关键词：矿井回风余热；热泵；研究 
薛村矿东风井立井和辅助设施采用6.5吨两台锅炉供暖，锅炉服务年限已久，维修费用之大，耗能之高，为满足立井和辅助设施供暖的需要，搞好节能减排工作，故申请对采暖进行节能改造。
1东风井供热现状：
（1）、东风井使用的两台6.5t/h蒸汽锅炉是1989年安装运行的，至今运行20多年，运行效率低，每年都要大修，运行成本居高不下，现已超限服务，急需更换新设备。供热负荷一个进风立井和近2000m2附属建筑。
（2）、东风井使用的两台6.5t/h蒸汽锅炉，2008年节能减排在环保部门已经上报注销，在上级环保部门已无运行资质。
（3）东风井副井井口预热装置自1990年安装至2011年已使用20年，副井井口用SRZ15*7D散热器 50组和钢排管散热器28组，构成副井井口空气预热系统，锈蚀严重，应全部更换。
2选用供热方案比较
2.1投资费用比较：
从薛村电厂引蒸汽至东风井，经过汽水交换机组交换供热制冷。
（1）、使用薛村电厂供热投资情况
1、风源热泵设备：183.04万元；
2、风井厂区内系统安装总造价：130万元；
3、薛村电厂至东风井机房室外管道部分总造价：1248.4万元；
4、土建部分总造价：31万元；
5、室外管网征地总造价：60万元；
6、系统设计费16万元；
合计：1668.44万元。
（2）、使用风源热泵机组供热投资情况
利用东风井回风余热做热源，通过风源热泵机组交换供热制冷。
1、风源热泵设备：496万元；
2、安装总造价：212.88万元；
3、室外管道部分总造价：116万元；
4、土建部分总造价：59万元；
5、系统设计费16万元；
合计：899.88万元
2.2运行费用比较
（1）、使用薛村电厂蒸汽供热运行费用（329.33万元）
冬季运行用：为了确保系统安全可靠，所需薛村电厂输送不低于0.8Mpa蒸汽压力，因管网距离长，路途消耗0.5Mpa,到达东风井厂区机忘房的蒸汽压力不得低于0.3Mpa。冬季所需蒸汽量13T/h（未考虑路途经过村民截盗蒸汽），冬季采暖期120天，电厂收取每T/h蒸汽费用为85元，冬季的运行费用：
13×24×120×85=318.24万元
附属设备耗电量70KW 
70×24×120×0.55=11.09万元
冬季总计运行费用：329.33万元
（2）、使用风源热泵机组供热运行费用（96.7万元）
冬季最冷工况（室外温度-15℃）下运行三台风源热泵机组、三台一次水泵、三台循环水泵、九台井筒加热器，总的输入功率1314KW；但冬季的室外空气温度一般-10℃，所以设备的运行数量少于设计的总台数。
1、冬季的室外气温-5℃时的运行费用
（338＋37＋45＋55＋5）×60×24×0.7×0.55=266112元=26.6万元
2、冬季的室外气温-10℃时的运行费用
（338＋37＋45＋55＋5）×2×60×24×0.7×0.55=532224元=53.2万元
3、维护费用
因为风源热泵机组、水泵、矿井加热机组都是技术成熟，运行稳定的设备，运行维护费用相对较低，每个采暖季的维护费用一般不超过10万元。
4、水费
采用风源热泵机组小时水的消耗约为15t/h，一吨水按1.6元计算，一个采暖季水费约：
15×1.6×24×120=69120元=6.9万元
所以，采用风源热泵机组后冬季总的运行费用为：
合计：26.6+53.2+10+6.9=96.7万元。
（3）、使用两台6.5t/h的蒸汽锅炉供热运行费用（296.3万元）
现在冬季有两台6.5t/h的蒸汽锅炉供东风井井筒防冻及东风井厂区采暖,锅炉产出蒸汽压力为0.1～0.2MPa。
1、燃料费
一个采暖期共消耗燃煤4000t，目前煤价按600元/t,燃料费共计：
4000×600元/t=2400000元=240万元
2、电费
锅炉房引风机：37KW×2；鼓风机：15KW×2；除渣机4KW×2；锅炉房给水泵：18.5KW×2；除灰泵：22KW×2；锅炉房上煤机：3KW。以上设备的利用系数按0.7计算，锅炉房一个采暖季电费：
（37×2+15×2+4×2+18.5×2+22×2+3）×0.7×24×120×0.55=217325元=21.7万元
3、日常维护费
每个采暖季约10万元。
4、水费
采用锅炉供热小时水的消耗约为10t/h，一吨水按1.6元计算，一个采暖季水费约：
10×1.6×24×120=46080元=4.6万元
5、锅炉大修费
因锅炉已经运行了15年之久，为了确保锅炉正常运行，锅炉每年的大修费约20万元。
⑥、副井井口用SRZ15*7D散热器: 0.4万元/组×50组=20元和钢排管散热器28组×0.25万元=7.0万元，构成副井井口空气预热系统，锈蚀严重，应全部更换。更换井口散热器费用27万元。
所以，采用锅炉供热每个采暖季的运行费用总计：
⑦非采暖季，锅炉日常维护人工安每天5个工×150元/工×30天/月×8个月=18万元
合计：240+21.7+10+4.6+20+27+18=341.3万元
根据以上投资费用、运行费用分析，使用风源热泵机组为最佳改造方案。
3风源热泵集中供热(制冷)方案
（一）、冬季热负荷情况
目前冬季井筒防冻最大热负荷为3500kw，考虑10%的管道能耗损失系数，考虑15%的富余系数，需要由设备提供的热负荷为4375kw。
（二）、夏季冷负荷情况
东风井附属建筑物总建筑面积约2000m2,冷负荷指标按100w/m2,则夏季建筑物采暖冷负荷为200kW，考虑10%的管道能耗损失系数，需要由设备提供的冷负荷为220kw。
（三）、风源热泵机组选型
根据4535kw最大热负荷和220kw冷负荷和，依据风源热泵机组资料，冬季可选择三台国际先进技术开利风源热泵机组，机组型号为30HXC-HP2-400,单台制热量为1548kw。风源热泵机组制热工况下的主要参数如下：
制热量：  1548KW
输入功率：338KW
热水进出水温度：45/50℃
热水流量：263m3/h
热源水进出水温度：15/7℃
热源水流量：130m3/h
数量：三台
三台风源热泵机组总的制热能力为4626kw，满足最大热负荷的需要。此时的最大循环水流量为390m3/h。
夏季冷负荷为220kw，一台风源热泵机组制冷量1312kw，能够满足最大冷负荷。
为了保证矿井回风余热利用风源热泵供热及制冷系统的正常安全经济运行，制定了完善的年度检修维护保养检修计划，远转维护人员严格按要求进行检修维护保养矿井回风余热利用风源热泵供热及制冷系统装置就可以保证矿井入风井口空气温度在最寒寒冷的冬季保证东风井井口温度不低于2摄氏度，符合《煤矿安全规程》对矿井入风井空气温度的要求，保证了薛村矿东风井冬季供风和付井提升物料和升降人员的需求。
参考文献
[1]王会勤.矿井回风余热在平煤三矿的应用[J].煤炭加工与综合利用,2011(6).
[2]徐广才,陈炬,朱杰.浅谈煤矿余热资源的利用[J].煤炭工程,2010(9).
[3]盛振兴,辛嵩.矿井通风余热热管回收技术研究[J].矿业安全与环保,2009(6).
[4]张培鹏,辛嵩.热管换热器回收矿井回风余热的可行性分析[J].煤矿安全,2011(5).