煤炭礦井回風源熱泵系統設計

孫權

（中煤科工集團武漢設計研究院有限公司湖北武漢430062）

煤炭礦井回風源熱泵系統設計

孫權

（中煤科工集團武漢設計研究院有限公司湖北武漢430062）

本文介紹了某煤炭礦井回風熱泵系統設計，包括回風熱源能力分析，主機設備選型，經濟性比較等，通過計算及比較，礦井回風熱泵系統不僅環保而且節能，值得進行推廣，并為類似工程提供設計參考。

回風熱泵；節能環保；經濟比較

1　工程概況

某煤炭礦井位于河南省平頂山市，地面建筑面積約20000m2，井口防凍的風量為104m3/s，需要解決冬季熱源。

本工程采用回風源熱泵方案滿足工業主場內建筑冬季供暖及夏季空調、井筒防凍并為洗浴熱水提供熱源，從而取消燃煤鍋爐，節能、減排，減少大氣及環境污染。

2　回風熱源分析

2.1礦井回風參數

礦井回風溫度基本不受室外氣溫影響并且全年都比較恒定，礦通風風量為97.5m3/s，全年回風溫度21℃～26℃，濕度60%～80%。

2.2冬季提取的熱量

礦井回風換熱量計算：

Qqd=(h1d-h2d)×pv=(52.76-24.79)×97.5×1.281=3493.4kW

按照熱泵機組的綜合能效比COP為4.0計算，則可產生的熱量為：Qs=Qqd/(1-1/COP)=3493.4/(1-1/4.0)=4657.9kW

2.3夏季吸收的熱量

夏季向回風中釋放的熱量為：

Qqx=(h2x-h1x)×pv=(99.69-65.79)×97.5×1.281=4234kW

按照熱泵機組的綜合能效比COP為4.5計算，則提供的冷量為：

Qls=Qqx/(1+1/COP)=4234/(1+1/4.5)=3464.2kW

3　冷熱負荷計算

根據礦井各建筑物參數進行計算如下：

（1）井筒防凍：熱負荷1814kW

（2）地面建筑：熱負荷1200kW，冷負荷3000kW

（3）洗澡熱水：熱負荷320kW

從計算可看出回收礦井回風熱完全可用滿足冬季中央空調、洗浴熱水和井筒防凍熱量要求和夏季中央空調冷量要求。

剩余熱量：4657.9kW-3334kW=1324kW可作為采暖熱源。

剩余冷量：3464.2kW-3000 kW=416.2kW可作為建筑物空調冷源。

4　熱泵系統設計

根據上面負荷計算，共選擇水源熱泵機組6臺，裝機容量為：950kW，機組互為備用。

冬季：5臺機組井筒和地面建筑提供熱量，1臺機組提供洗澡熱水熱量。

夏季：制冷初期1臺機組提供洗澡熱水熱量，同時免費提供中央空調冷量，當室外溫度升高，空調負荷增加，熱泵機組逐步投入使用，最大負荷時，6臺機組運行，為地面建筑提供冷量，并免費提供洗浴熱水。

過渡季節：1臺機組提供洗澡熱水熱量。

根據所選機組的參數，可提供的制熱、制冷能力如下：

（1）冬季井筒防凍使用+地面建筑采暖熱負荷：5× 652.2=3261kW

（2）洗澡熱水熱負荷：1×652.2=652.2kW

（3）夏季冷負荷：6×579.7=2900kW

所選機組的總制熱能力3913 kW大于需求總熱負荷3334kW，總制冷能力3480 kW大于需求總冷負荷3000 kW，故所選機組完全滿足要求。

5　經濟性比較

采用鍋爐由于是采用礦井生產的燃煤，但是由于環保要求日益提高，配套環保設施工藝非常復雜，設備數量較多，維護工作量較大。

采用熱泵機組回收了礦井產生的余熱，符合國家節能環保政策，但是投資較大，運行費用較高，但是設備流程簡單，維護簡單，土建及電氣配套投資較小。

具體比較如下：

由計算可知：

（1）節約煤炭消耗量：3548.16t

（2）年減少SO2、CO2排量：年減少SO2排量70.9632t，CO2排量9225.216t

（3）年節約運行費用：289-95=194萬元

（4）投資回收期：系統投資/年節約運行費用=1429/194=7.4a

6　結語

本項目采用熱泵技術回收礦井回風的低溫熱能，解決供熱需求。不再需要鍋爐的運行，大大減少了鍋爐污染物的排放，政治效益突出、經濟效益可觀、社會效益顯著。

鍋爐具有投資不可回收的特點，其運行成本遠遠大于初期投資成本，屬于資源消耗型；熱泵項目具有廢棄資源再利用的特點，其運行回報遠遠大于初期投資。（1）政治效益：變廢為寶。符合國家循環經濟、節能減排產業政策和內蒙省委省政府轉型發展的總體要求。（2）社會效益：熱泵系統無出渣、零排放，每年減少大量燃煤消耗，每年大量減排CO2，減排SO2，減排粉塵，減排NOx。隨著國內霧霾天氣愈演愈烈，盡量利用新能源，減少污染物排放的可能性。