淺談煤礦熱源綜合利用方案

李慶林

（山西省臨汾市霍州煤電集團，山西臨汾031412）

0 引言

2013年6月14日，國務院召開常務會議，確定了大氣污染防治十條措施，根據減少污染物排放的要求，全國各地區開始全面整治燃煤小鍋爐。其中，煤炭企業根據國家環保要求，無條件取締10 t及以下燃煤鍋爐。燃煤鍋爐的取締，對于一個煤礦而言直接面臨的就是煤礦職工洗浴、采暖以及煤礦安全規程規定的井筒防凍三大問題。而這三大問題直接影響著礦井的安全生產，所以，解決了這三大問題對于一個礦井而言其重要性不言而喻。下面筆者就煤礦能源綜合利用方案做一簡單介紹。

1 燃煤鍋爐取締后，煤炭企業需開展能源綜合利用

1.1 空氣源熱泵機組系統采暖、洗浴

空氣源熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節能裝置。空氣作為熱泵的低位熱源，取之不盡，用之不竭，可以無償地獲取，且空氣源熱泵的安裝和使用都比較方便。空氣源熱泵具有如下特點：

（1）空氣源熱泵系統冷熱源合一，不需要設專門的冷凍機房、鍋爐房，機組可任意放置屋頂或地面，不占用建筑的有效使用面積，施工安裝十分簡便。

（2）無冷卻水系統，無冷卻水消耗，也無冷卻水系統動力消耗。另外，從安全衛生的角度考慮，空氣源熱泵也具有明顯的優勢。

（3）由于無需鍋爐、鍋爐燃料供應系統、除塵系統和煙氣排放系統，故空氣源熱泵系統安全可靠，對環境無污染。

（4）空氣源熱泵冷（熱）水機組采用模塊化設計，不必設置備用機組，運行過程中電腦自動控制，調節機組的運行狀態，使輸出功率與工作環境相適應。空氣源熱泵的性能會隨室外氣候的變化而變化。

1.2 地源熱泵機組系統采暖、洗浴

1.2.1 熱源

淺層地能是太陽能的一種存在形式，是地熱可再生能源家族中的一員。由于淺層地下收集了太陽射向地球60%的能量，相當于人類每年能耗的近20 000倍，加上地核芯熱綜合作用，這個地層形成相對恒溫層帶，因此，與傳統能源相比，淺層地能具有儲量巨大、再生迅速、分布廣泛、溫度四季適中，并且取之不盡、用之不竭的特點，是巨大的“綠色能源寶庫”。

淺層地能一般只有幾攝氏度到十幾攝氏度，且分布比較分散，利用電驅動的水源熱泵（也稱“地源熱泵”）回收利用比較經濟和方便。

1.2.2 地源熱泵機組的組成

熱泵機組裝置主要由壓縮機、冷凝器、蒸發器和膨脹閥四部分組成。

1.2.3 地源熱泵機組的工作原理

地源熱泵是利用淺層地能進行冷熱交換來作為地源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。

1.2.4 地源熱泵機組的特點

地源熱泵的特點是：（1）資源可再生；（2）環境效益顯著、無污染；（3）經濟效益高、低碳節能；（4）維護費用低、自動化程度高。

1.3 工業余熱、污水源熱泵機組系統采暖、洗浴

1.3.1 空壓機壓風余熱回收

礦井壓風系統是礦井生產必不可少的重要系統之一。礦井壓風系統主要由空氣壓縮機、壓風管路、閥門、相關元件、空氣過濾器、風包、安全保護裝置等構成。其中，空壓機站的空氣壓縮機在工作時會產生很大的熱量，經常出現超溫報警，部分單位會將熱量引至室外。余熱回收裝置把這部分熱量通過板式換熱器利用起來，用于礦井的采暖和洗浴，基本沒有損耗，節能效果非常明顯。

1.3.2 洗浴廢水余熱回收

礦井生產中，職工日常洗浴廢水余熱一般在25℃左右，大部分礦井將洗浴廢水經污水處理站處理后用作工業用水（消防）或直接排放，而洗浴廢水中所含的熱量卻白白浪費掉。通過余熱回收裝置將廢水中的熱量提取出來用于礦井洗浴，可以達到回收利用、節能降耗的效果。

2 礦井井筒防凍，保證礦井生產安全

煤礦安全規程規定：為防止井筒結冰，煤礦井筒溫度不得低于2℃。在煤礦井下，防止井筒結冰的辦法為輸送熱風，使井筒內的溫度升高，保證其不結冰。礦井通過燃煤鍋爐來實現熱風的輸送，但是燃煤鍋爐能耗大、效率低，環保不達標。

2.1 電加熱法煤礦井筒防凍

根據煤礦的實際情況及要求，將原有燃煤鍋爐輸送熱風改為電加熱輸送熱風形式，給煤礦帶來了顯著的經濟效益、安全效益。

2.1.1 電加熱系統組成

主要由動力模塊、電加熱模塊、熱風輸送模塊、電源模塊等組成。

2.1.2 工作原理、特點

（1）通過電加熱模塊加熱空氣，由動力模塊將熱空氣經過熱風輸送模塊輸送到礦井井筒，提高井筒內溫度，達到防止井筒結冰的效果。（2）電加熱模塊在地表溫度大于2℃時自動停機，實現自動化控制。（3）出風口的溫度高于50℃時，電加熱模塊順序降低負荷，動力模塊自動調整頻率，從而控制熱風輸送量。（4）井筒巷道150 m處溫度高于3℃，電加熱模塊順序降低負荷。

2.2 空氣源熱泵井筒防凍

空氣源熱泵井筒防凍即采用空氣源熱泵機組提供熱源，為礦井井筒提供熱風。

2.2.1 空氣源熱泵加熱系統組成

主要由動力模塊、空氣源熱泵模塊、熱量蒸發模塊、熱風輸送模塊、電源模塊等組成。

2.2.2 工作原理

空氣源供熱機組是一種可以替代鍋爐不受資源限制的節能環保供熱裝置。其采用綠色無污染的冷煤，吸取空氣中的熱量，通過壓縮機的做功，產生熱量。熱量通過蒸發器加熱周圍空氣，由動力模塊提供動力將熱空氣輸送至礦井井筒，從而保證井筒溫度。

3 太陽能、光伏解決洗浴、采暖問題

利用太陽能制熱水，利用光伏發電進行水箱保溫，使太陽能更加充分地服務于煤礦的采暖和洗浴。

3.1 光伏發電系統的組成

光伏發電系統主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器組成，其中，太陽能電池是光伏發電系統的關鍵部分，太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。

3.2 光伏發電系統的原理

光伏發電是利用太陽能級半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉變成電能的直接發電方式。

3.3 光伏發電的特點

（1）安全可靠，無噪聲，無污染排放。

（2）光伏發電對于偏遠無電地區尤其適用，且會降低長距離電網的建設和輸電線路上的電能損失。

（3）能源質量高，儲量高。每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億噸煤，其總量屬現今世界上可以開發的最大能源。

（4）開發利用太陽能不會污染環境，它是最清潔的能源之一，在環境污染越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的。

（5）不受資源分布的地域限制，可有效利用建筑物的屋頂和墻壁，不需要占用大量土地。

（6）建設周期短，使用壽命長，能量回收周期短。

4 結語

煤礦能源綜合利用方案是針對鍋爐取締以后所面臨的問題而提出的，并且在霍州煤電集團個別礦井試運行；運行效果顯示，其既解決了礦井取締鍋爐后亟待解決的三大問題，又符合國家的環保政策，最重要的是節能效果還非常顯著。

各單位可根據自身的實際情況，進行優化組合。比如：回風井和進風井距離近時，優先采用乏風水源熱泵解決采暖和洗浴；如果壓風機房距離進風井近，則可以考慮利用壓風余熱解決井筒防凍；如果距離澡堂近，則考慮利用壓風余熱解決洗浴問題；如果辦公設施距離較遠，則考慮用空氣能熱泵解決采暖問題等等。熱源綜合利用要根據各單位實際情況選擇適合自己的方案，爭取在環保的基礎上實現更大的節能。