热泵技术在河东煤矿的应用实例

康 宁

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司， 山西 介休 032000）

生产实践·应用技术

热泵技术在河东煤矿的应用实例

康 宁

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司， 山西 介休 032000）

针对煤矿冬季采暖所存在的环境污染问题，通过采取回风换热器提取回风热能作为热泵机组的低温热能等措施，实现利用热泵技术替代燃煤锅炉解决煤矿建筑物的供暖。热泵系统机组运行稳定，自动化程度高，故障率低，节约了维修费用，同时达到了节能减排的目的。

热泵技术 煤矿采暖 节能环保

随着新的《中华人民共和国环境保护法》及《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271—2014）的实施，国家对环境保护的力度达到了前所未有的高度。而作为产煤大省山西，大部分矿井的井筒保温采用燃煤热风炉供热，生产生活辅助设施的采暖则采用燃煤锅炉。这种传统的取暖方式，能源转换效率不是很高，而且消耗大量燃料，产生大量的固体废物以及烟尘、二氧化硫和氮氧化物等多种污染物，这是造成冬季大气污染的主要原因之一。同时，需要企业投入巨大的资金对锅炉进行脱硫除尘改造，增加了企业的负担。而热泵技术的应用，则实现了煤矿冬季采暖无锅炉化及夏季制冷的目标。热泵技术是利用低温余（废）热（矿井排水、洗浴废水、矿井回风、电厂冷却水等）进行冬季供热夏季制冷的新型能源利用方式，与传统的供热制冷方式相比，具有减少大气污染、能源利用效率高的优点，属于国家重点节能技术推广的技术之一。目前，国家推广的热泵节能技术主要有：风源热泵、水源热泵技术（淡水源、海水源）、地源热泵技术（地下浅层地热资源）。

1 项目可行性分析

河东煤矿位于山西省灵石县两渡镇，紧邻汾河而建，是山西焦煤汾西矿业集团公司的二级单位，属改扩建矿井，设计生产能力3.0Mt/a。为适应环保新要求，淘汰燃煤锅炉，解决矿井全年洗浴热水、建筑物的冬季采暖、夏季制冷问题，河东矿拟采用热泵技术为矿井提供冬季采暖、夏季制冷及洗浴热水。

河东煤矿崔家沟风井回风温度全年都比较恒定，平均回风温度15～17℃，湿度90%～95%，回风井回风量为108m3/s，是热泵机组良好的热源。经过测算，冬季可以从回风中提取的热量为1 880 kW，经过热泵机组转换的供热量为2 294 kW。夏季可以向回风中释放的热量为7 300 kW，经热泵机组转换后提供的制冷量为5 983 kW。

河东矿现有建筑总面积为5 651m2，供暖负荷1 540 kW，制冷负荷2 040 kW，供洗浴热水负荷632 kW。经过以上计算可知，矿井回风换热量和回风制冷量均能满足矿井工业广场建筑物采暖制冷及职工洗浴热水的要求。

2 主要设备及关键技术

该项目的主要设备包括：回风换热器、涡旋热泵机组、循环水处理系统、风机盘管等四部分系统。主要是利用回风热交换器采取喷淋换热方式将矿井回风中的热能交换给循环水，将含热循环水作为热泵系统的低温热源。制热时，热泵系统从循环水中提取5℃（通常情况下）的热量，循环水温度下降；制冷时，热泵系统向循环水释放10℃的热量（通常情况下），循环水温度升高。经过利用的循环水再重新泵入回风热交换器进行热交换，循环往复。循环水处理系统是通过水泵将蓄水池中吸取热量后的循环水输送到全自动过滤器（河东矿使用的过滤器精度范围3 500～200μm）去除粉尘，满足热泵对水质的要求后，进入热泵机组提取热量。利用后的循环水进入蓄水池通过以上环节往复使用。矿井回风热能回收原理图见下页图1。

根据河东煤矿工业场地的条件以及上述回收的废热量和冷负荷比较，拟定主要配置3台HE-600B高温型涡旋热泵机组，回风换热蓄水池200m3，回风换热器2组，水泵若干台等。

图1 矿井回风热能回收原理图

3 热泵系统运行效果分析

河东煤矿工业广场2014年全年使用回风源热泵系统进行采暖供热，全部实现了办公楼供暖、职工洗浴用水。达到的温度效果如下：矿井工业广场厂房室内温度不小于14℃；办公、生活建筑室内温度18～22℃；职工洗浴热水温度42～45℃。

4 经济效益和社会效益

1）风源热泵系统总装机容量为485.76 kW，三台机组按照运行一年240天计（冬季150天，夏季90天），总用电量为140万kW·h，电价以0.6元/度计，费用为84万元。

实施该项目前，矿井有1台4 t和1台1 t锅炉，冬季两台运行，春、夏、秋季一台1 t锅炉运行供洗浴用热水，1 t锅炉小时耗煤量以0.17 t计，年耗煤量约2 450 t，吨煤价格以600元计，燃料费用为147万元；1 t锅炉每天用电量为340 kW·h，则年用电量约为30万kW·h，电费为18万元。即燃煤锅炉年总运行费用为165万元。与传统燃煤供暖锅炉相比，该项目可年节约费用81万元。

2）采用热泵项目替代燃煤锅炉，年减少燃煤2 450 t，每年减排 CO2总量为 6 370 t，减排 SO2总量为49 t，改善了矿区居住环境。

3）热泵系统机组运行稳定，自动化程度高，故障率低，节约了维修费用。

5 结语

河东煤矿风源热泵项目是汾西矿业集团的重点环保项目之一，通过回收矿井回风中的热能，利用热泵技术提取热能，从而替代燃煤锅炉，实现环境保护、节能减排的目的。该技术的使用不仅符合我国环境保护与能源节约的政策，而且能够获得政府部门的节能减排专项奖励资金支持，是煤矿取缔燃煤锅炉，实现清洁供热的新技术，具有极高的推广价值。

App lication of Heat Pum p Technology in Hedong Coal M ine

Kang Ning
（FenxiM ining Industry(Group)Co.,Ltd.,Jiexiu Shanxi 032000）

Aiming at the environmental pollution in coalmine heating in winter,through extracting the heat energy of return air by heat exchanger as low temperature heat,the coal-fired boiler is replaced by heat pump technology to provide heating for coalmine building.The heat pump system has the advantages of stable operation,high automation and low failure rate,which saves themaintenance costand achieves the goal of energy saving and emission reduction.

heatpump technology;coalmine heating;energy saving and environmental protection

TU831

A

1672-1152（2017）05-0110-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.05.42

2017-09-18

康宁（1982—），男，工程师，本科，毕业于中北大学，现在汾西矿业（集团）有限责任公司环保处工作。

（编辑：王瑾）