礦井乏風余熱回收利用技術的研究與應用

國能寧煤集團梅花井煤礦生產服務中心 寧夏 銀川 751400

正文：

引言

為響應節能環保要求，建立綠色能源供熱礦井[1]，據國家環保政策對燃煤鍋爐淘汰規定，梅花井煤礦立井鍋爐屬于被取締之列，明確規定必須停止運行[2]。因此該礦風井采用乏風余熱回收利用技術，替代現有的兩臺6噸燃煤熱水鍋爐，為井口防凍提供新的綠色熱源。

1 項目背景

梅花井煤礦二分區設有進風立井、回風立井各一座，目前使用兩臺DZL2.2-1.0/115/70-AⅡ型燃煤熱水鍋爐為井口供熱。回風立井采用抽出式通風方式，配置兩臺FBCDZ-10-NO.33軸流對旋式主通風風機，額定風量為125-324m3/s，目前運行風量為12277.31m3/s，排風溫度18℃。本項目采用低溫熱管礦井排風預熱回收利用技術，提取礦井排風中的低溫熱能，為井口防凍提供熱源。

2 技術原理

熱管是通過工質的相變進行熱交換的換熱元件，主要由熱管管殼、吸液芯、工質等部分組成。其工作過程是：蒸發段的液態工質吸收熱量后在氣液分界面上迅速汽化；汽態工質在微小的壓差下經絕熱段迅速到達冷凝段；冷凝段的氣態工質向被加熱介質放出熱量后迅速冷凝成液態；液態工質經吸液芯回流至蒸發段，再次在蒸發段吸熱汽化，完成熱交換的過程。

3 方案設計

3.1 系統設計總體原則

（1）充分整合礦井現有資源，設計適用于本礦井的乏風熱能回收利用系統，將項目的社會效益和經濟效益最大化。

（2）采用先進可靠的技術和設備，體現“以人為本、安全第一”的先進理念，保證系統可靠穩定高效運行。

（3）利用先進的自動化控制技術及監測儀表，提高運行管理水平，實現系統無人值守全自動運行。

3.2 熱平衡計算分析

（1）進風井井口防凍熱負荷設計計算

進風井進口防凍熱負荷運行風量為139.2m3/s，結合當地氣象數據，依據煤安規程規定：進風井進風溫度按照≥2℃設計。井口防凍負荷：

式中：ρ—當地條件下空氣密度，取ρ=1.24

C—相應條件下空氣比熱容；取1.01

tn—進風設計溫度，取+2℃

tw—進風初始溫度，取-25.4℃

分析計算：井口防凍負荷4880kW，考慮系統熱量損失及負荷裕度取1.2，則井口防凍負荷為5856KW。

（2）熱量回收設計計算

礦井排風風量233.92m3/s，冬季回風溫度不低于18℃，回風濕度在90%左右。提起熱量后礦井排風溫度按照5℃，排風相對濕度按照100%，可回收的熱量為：

式中：h1—冬季回風溫度為18℃，相對濕度為90%時的焓值為51.96KJ/kg

h2—冬季回風溫度為+2℃，相對濕度為100%時的焓值為14.56 KJ/kg

ρ—礦井回風的密度為1.05Kg/m3

分析計算：礦井排風可回收的熱量為9185kW。

3.3 可行性分析

分析上述計算結果，經回收熱量與熱負荷比較可得：梅花井煤礦二采區風礦井排風溫度下降2℃提取熱量為9185KW；進風井井口防凍熱負荷為5856KW，熱能裕度為3329KW。由此可見，采用通過回收礦井乏風中的低溫熱能解決井口防凍所需熱能是可行的。

4 系統主要設計內容

系統采用標準化、模塊化的設計思路，其構成主要包括以下部分：

（1）新型熱管熱能回收系統模塊配置

新型熱管換熱裝置是該系統核心設備之一，根據本項目的供熱負荷需求，配置了15套RGH/G-500型單元模塊，其主要參數如表1所示：

表1 RGH/G-500熱管換熱器主要技術參數

（2）平衡系統阻力功能模塊

此模塊設計確保系統運行時不增加風機的負荷，回風系統、進風系統各配置15個該模塊。風阻平衡模塊根據對回風井和進風井進出口風壓的檢測和監控，采用計算機控制，自動調節平衡風機的開啟數量。風機運行采用定時輪換工作的運行控制程序，提高風機運行壽命和系統運行的可靠性。

（3）通風系統轉換模塊

2套風機輪值通風系統轉換模塊安裝于風機出口處的自動風門，用于風道切換與風機的檢修維護。2套非采暖季通風系統轉換模塊安裝于風道頂部的自動風門，用于采暖季、非采暖季以及系統反風運行時的通風系統切換。在冬季風門處于關閉狀態，礦井回風經引風風道進入換熱室，提取熱量后經排風口排入大氣中；在春夏秋三季，密封封門處于開啟狀態，礦井排風不經過換熱器直接排出，風機恢復原有的工作狀態；系統反風運行時，自動風門處于開啟狀態，不影響風機正常運行。

（4）回風水力洗塵裝置與新風風力洗塵裝置

前者為回風系統換熱器水力洗塵裝置，用于換熱器蒸發側的熱管表面清洗；后者為新風系統換熱器風力洗塵裝置，用于換熱器冷凝側的熱管表面清洗。二者均可避免粉塵在熱管表面的附著，提高換熱器的換熱效率，確保其在壽命周期內，熱能回收利用效果無明顯衰減。

5 結束語

本項目設計回收利用梅花井煤礦風井場地乏風余熱資源，滿足井口保溫防凍需求，替代傳統燃煤鍋爐供熱方式[3]，是符合國家呼吁節能減排要求的具體體現，降低了環境污染，節約了生產成本，提升了煤炭企業的經濟效益和環保效益[4]。