水源熱泵技術在煤礦應用的經濟分析及效果評價

摘 要：本文以水源熱泵技術在煤礦的推廣與應用為例，介紹了水源熱泵技術在節能、減排、環保、采暖、制冷方面多種功效。

關鍵詞：水源熱泵；節能；環保

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.036

1 概況

梁寶寺井田根據所處地理位置和生產的特點，設計由原來的鍋爐取暖、空調制冷變為采用水源熱泵機組對工業場地內的建筑物空調、采暖、浴室加熱、井筒防凍提供冷熱源。

2 水源熱泵機房替代鍋爐房

由水源熱泵機房替代原設計中的鍋爐房，來對梁寶寺煤礦工業場區生產、生活區域進行集中供暖或制冷，一是杜絕了礦物燃料燃燒產生的大量污染物，保護了環境；二是水源熱泵技術是一項節能技術，相對于鍋爐取暖節省大量能源。

3 水源熱泵機組的工作原理

水源熱泵技術在梁寶寺煤礦應用主要有四個低溫熱源：礦井回風、礦井水處理站處理后的礦井排水、主副井凍結孔中蘊藏的低溫熱源、夏季冷卻塔。我們創造性地回收了礦井回風能源，彌補礦井排水的不足，礦井回風溫度和排水基本一致，含有豐富的潛能，通過在回風井口設置回風換熱器（噴淋塔、翅片換熱器等）回收回風潛能：井筒凍結孔中蘊藏的恒溫能源，一年四季都可以使用。

梁寶寺煤礦水源熱泵機房內部安裝了5臺水源熱泵機組，其中1、2、3號機組用來供生產生活區域空調制冷制熱和冬季井筒防。5號機組專用來為職工澡堂24小時供應洗浴熱水，4號機組具有空調制熱制冷和提供洗浴熱水的兩個功能，作為兩者備用。

4 能耗狀況和能耗指標分析

梁寶寺礦井采用水源熱泵機組對工業場地內的建筑物提供采暖、空調以及浴室加熱和井筒防凍用熱，熱源取自礦井回風、礦井水處理站處理后的礦井排水、主副井凍結孔中蘊藏的低溫熱源，不需要燃燒煤來提供熱源，但水源熱泵機組需消耗電能。

在工業場地設置鍋爐房，考慮管網熱損失系數、熱負荷同時使用系數以及鍋爐燃煤煤種，鍋爐房總噸位定為12t/h。選用三臺DZL4-1.25-AⅡ型快裝水管蒸汽鍋爐。采暖期兩臺運行，非采暖期一臺運行。燃用生產的原煤發熱量為26.1MJ/kg。節煤分析如下：

4.1 計算參數

工業場地鍋爐燃用原煤發熱量為26.1MJ/kg；年采暖期天數110d；年非采暖期天數255d；采暖期最大熱負荷7942.55kW；非采暖期最大熱負荷2189kW；采暖期鍋爐每天運行按20h計；同時使用系數取8h計；選用的DZL4-1.25-AⅡ型蒸汽鍋爐熱效率為78%。

4.2 節煤分析

經計算，采暖期最大原煤耗量約1.405t/h，年采暖期原煤耗量約2472t；非采暖期最大原煤耗量約0.387t/h，年非采暖期原煤耗量約632t；年原煤總耗量共計3104t。故煤耗指標為0.0069t/（t/a）。折標準煤年耗量共計為2764t。依據本礦熱負荷的總量及用熱特點，選用以及生活洗浴熱水供應的冷熱源，機組間可互相備用和切換；2臺Spring-WM-410B-1型螺桿水源熱泵機組提供井筒防凍空氣加熱的熱源。

采暖期季水源熱泵機組每天運行按20h計，非采暖期水源熱泵機組每天運行按16h計。經計算，采暖期每天耗電量：35840kWh，采暖期總耗電量：3942400 kWh；非采暖期每天耗電量：6784 kWh，非采暖期總耗電量：1729920 kWh；年耗電量共計約5672320 kWh。（根據熱電廠每kWh電需0.4kg標準煤進行換算）相當于年耗煤量為2269t。

4.3 節能效果

地源熱泵設備既解決供暖、又解決制冷、浴室加熱及井筒防凍。浴室供熱系統的換熱設備采用高效的水水換熱器，浴室加熱采用自動水溫控制系統。夏季時，運行三臺水源熱泵機組用于建筑物空調制冷，對于浴室供熱所需要的熱負荷，可以由建筑物空調制冷冷凝熱的回收獲得，節能效果明顯。水源熱泵設備運行。為了保證水源熱泵泵房內的設備在最佳狀態下運行，水源熱泵機組常規情況下，水源熱泵輸入1kW的電能，生產4.6kW的熱能（冷能），節能顯著。水源熱泵設備的選型方面。水源熱泵選用低電耗、熱效率高的產品；水泵的選擇使其在最佳工況范圍運行（水泵運行效率：83%）。 供暖、空調系統方面。礦井工業場地各建筑物均采用集中供暖或空調，夏季空調和冬季采暖用一套管路系統，簡化了系統。室外管道系統及其它設備的保溫采用導熱率低保溫性能好的聚氨酯保溫材料導熱系數低（0.033W/（m·k）），其絕熱厚度滿足《設備及管道保冷設計導則》（GB/T15586）要求。 在管道的選取方面，無論是室外管道系統還是室內管道系統，結合具體的使用條件，使流速在其經濟流速范圍內，滿足《公共建筑節能設計標準》（GB50189-2005）相關要求。運行中節能措施：礦井工業場地各建筑物采暖均采用地源熱泵集中供暖，并能根據室外氣溫變化自動調節集中供暖溫度，以實現集中供暖系統運行過程中的節能。

4.4 環保效果

水源熱泵集中布置在水泵間內，水泵間采用封閉隔聲結構，內墻面安裝吸聲結構吸聲，隔聲間設進出風消聲器，門窗采用隔聲結構。楊營煤礦是礦井回風、礦井水處理站處理后的礦井排水、主副井凍結孔中蘊藏的低溫熱源、夏季冷卻塔。應該指出，熱泵從這些熱源吸收的熱量屬于可再生的能源。

5 結束語

通過采用水源熱泵技術，保證了我礦采暖供暖系統有效運行的同時，為我國低溫熱能技術在煤礦中的使用提供寶貴的借鑒經驗和參考資料，豐富和發展了我國的低溫熱能理論和技術。

作者簡介：徐麗霞（1983-），女，山東濟寧人，工程師，主要從事：環境工程技術研究工作。endprint