葫芦素煤矿余热利用项目研究与应用

时间：2024-04-25

田石磊

中天合创能源有限责任公司葫芦素煤矿生产技术科内蒙古鄂尔多斯 017000

1 供热基本概况

葫芦素煤矿设有换热站一座，热交换站设备为洗澡水换热机组、生活区采暖换热机组、工业区采暖换热机组及配套管网。煤矿日常采暖及生活热水的制备均采用矿内换热机组换热制备，换热站一次热媒设计采用中天合创化工项目提供的150/90℃高温热水，一次热媒管道敷设在输煤栈桥内[1]。

换热站内设生活区采暖换热器用于制备95/70℃采暖热水，工业企业采暖换热机组用于制备110/70℃高温热水，洗澡水换热机组制备热水，温度为60℃，主要作为洗浴及食堂用水，耗热量为7500KW。因煤矿采用“三班倒”劳动用工模式，且主要以井下采掘为主，对洗浴需求较大，故该部分用热要求具有长期连续、实时恒温等特性。

但由于一次热源即化工项目输送的供热温度为110/70℃，无法到达设计值，造成供给煤矿的总热量不足，极大地影响了煤矿生产和生活。同时由于一次热源管道系统常年不间断运行，能源消耗较大，热量流失严重，而且管道无法进行系统性大修，存在潜在的安全隐患，影响企业安全生产。故急需寻求其他替代热源，解决目前面临的供暖总热量不足、安全隐患等问题。

2 余热资源可行性分析

2.1 矿井水低位能

葫芦素煤矿矿井水资源非常丰富，且矿内设有矿井水处理站一座，处理工艺为絮凝沉淀+过滤消毒，处理能力1050m³/h。处理后的矿井水输送至复用水池，其水质满足《煤炭工业污染物排放标准》限值要求，最后经水泵及管道输送至化工项目进行综合利用。经调查研究，处理后的矿井水温度平均温度22-25℃，常年水温较为稳定，波动较小。这些矿井水所蕴含的低位能资源可通过中高温型水源热泵可将水温提高到50-65℃，从而具备制备生活热水的基础条件。通过计算，矿井水流量增加时，水源热泵机组可提供的热量也随之增加，完全能够达到制备生活热水所需的热量要求。

2.2 空压机余热

目前葫芦素煤矿工业场地压风机房配置4台MM250-2S英格索兰250KW空压机。通过调阅葫芦素煤矿机组运行参数和历史数据，空压机加载运行比例高达95.47%。空压机油气分离器温度90℃以上，余热资源品位较高，约60%-70%的热量可以回收。

综上分析，通过水源热泵技术对矿井水和空压机余热资源进行利用，可以满足煤矿制备生活热水所需的热量。

3 余热利用项目实施

余热利用项目分为矿井水低位能利用系统和空压机余热回收系统，具体如下：

3.1 矿井水低位能利用系统

系统工作流程为：利用潜水泵将矿井水从复用水池中抽入水源热泵中，水源热泵通过蒸发器吸收矿井水中的热量后，将矿井水再次返输回复用水池中，吸收了热量的蒸发器对冷媒进行加温，使之从液态变为低压气态，再经过压缩机进一步压缩后冷媒变为高温气态，并在冷凝器中放热，将冷媒中的热量传达到自来水中，使自来水的温度不断升高，达到使用要求后进入生活热水水箱，最后通过水泵输送至场区管网，进入各建筑物后，供全矿职工日常使用。

3.2 空压机余热回收系统

空压机余热回收系统由油-水换热机组和水-水换热机组组成。主要通过对空压机油路系统的改造，将压缩机高温油引出，经油-水换热器将高温油的热量转移到软化后的水中，利用温度升高后的软水，通过水-水换热器将热量传递到低温的自来水进行升温加热，最终输送至生活热水水箱中，通过水泵及管网供全矿职工使用。由于水冷的效果优于风冷的效果，因此，对空压机高温油管改造后不但不会影响空压机的正常工作，而且可以延长空压机运行寿命，减少机油消耗量，降低维护量。

4 项目实施及效益分析

2019年10月，余热利用系统项目开始施工，同年11月投入试运行并替代了化工一次热源制备生活热水，系统运行至今运转良好。项目实施后，葫芦素煤矿彻底解决了洗浴用热依靠化工热源的局面，将替代的热量补给给了矿井冬季供暖，消除了因热量不足而产生的井口结冰等重大安全隐患，总体效果和效益如下：

4.1 自给自足，节能环保

自项目投用后，生活热水制备能力最高可达到800m³/d，已满足矿井的日常生产生活需求，在热水方面彻底摆脱了依赖，实现了自给自足。由于项目全程采用电力，不依靠化工锅炉和其他燃料即可实现热水制备，避免了二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物的产生，极大地降低了大气污染风险。

4.2 无人值守，节减人工

项目综合了应用信息化技术和自动化技术，集成了当前最新的节能技术、云存储技术、自动控制技术和远程通讯技术，实现了在任何一台授权的计算机上对系统的远程监测和对系统参数（温度、水位等）的远程设置以及对主要运行设备的远程控制，整体实现了设备自动启停，而且在任何地方都可以在授权的手机上远程监测其运行状态。项目由原来的值班管理和巡查转入无人值守模式，减少了人工，节约了费用。