新時(shí)期水源熱泵技術(shù)在煤礦中的綜合運(yùn)用研究

兗州煤業(yè)鄂爾多斯能化有限公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000

1 引言

煤炭地下工程的開采過程中，常會伴隨著對地下礦井水的治理工作，這項(xiàng)工作不僅耗費(fèi)了大量的人力物力成本，也在煤炭開采的過程中造成了較多的安全、技術(shù)阻礙等方面的困擾，水源熱泵技術(shù)的誕生，有效的將原本沒有任何使用價(jià)值的礦井水利用為地表范圍內(nèi)的取暖降溫，也可以將水源作為工業(yè)用水充分利用，極大的體現(xiàn)出了礦井水的應(yīng)用價(jià)值，是一項(xiàng)重要的高效能源技術(shù)。

2 地下水水源熱泵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著地下水源熱泵系統(tǒng)首次在美國的實(shí)驗(yàn)獲得成功之后，地下水水源熱泵的應(yīng)用不斷受到各個(gè)國家的重視和探索發(fā)展，雖然我國在該項(xiàng)技術(shù)的引入和發(fā)展的時(shí)間較短，但是國內(nèi)一些專家研究人員非常重視這些技術(shù)的應(yīng)用，我國通過與美國的相關(guān)部們建立項(xiàng)目共同開發(fā)的相關(guān)協(xié)議，使得我國擁有了北京、寧波、廣州三個(gè)地方的水源熱泵的發(fā)展示范點(diǎn)，在寒冷、溫暖、溫差大的三個(gè)代表性區(qū)域，通過不斷的研究探索，使水源熱泵的技術(shù)不斷發(fā)展。

3 水源熱泵基本原理

礦井水源熱泵基本原理是利用穩(wěn)定的熱源介質(zhì)的熱交換原理，將夏季地表高溫通過水源帶走，降低目標(biāo)文都改善點(diǎn)的熱度；將冬季水源中的熱量釋放到目標(biāo)溫度改善地點(diǎn)，一定程度上提高建筑物的具體設(shè)施中從而達(dá)到升溫的目的。一般來說，水源熱泵工作中相關(guān)設(shè)備消耗的能量會帶來遠(yuǎn)高于其總量四倍的能量，極大的改善了能量的利用率。

4 水源熱泵技術(shù)應(yīng)用案例分析

以內(nèi)蒙古某煤礦的水源熱泵技術(shù)應(yīng)用作為分析案例，水源熱泵技術(shù)使利用提取礦井水中的熱量來供熱的作為穩(wěn)定熱源。內(nèi)蒙古某煤礦礦井水非持續(xù)排放，每天3300-3500m3/h，排水量141.7t/h，冬季排水溫度17℃。原生態(tài)涌水含有大量的煤石泥沙顆粒物，各種氯化物鹽類與強(qiáng)腐蝕性硫酸根離子，各種微生物、菌類與粘性油性物質(zhì)。內(nèi)蒙古某煤礦礦井排水余熱計(jì)算：

計(jì)算式：Qm=Wmax*4.18*ΔTm/3.6(kW)=141.7*4.18*12/3.6=1971(kW)

式中，Qm—煤礦井下排水最大余熱量(kW)；

Wmax—24小時(shí)平均排水量(141.7t/h)；

ΔTm—最大取熱溫差(12℃)。

內(nèi)蒙古某煤礦礦井水非持續(xù)排放，排水量350t/h，冬季排水溫度17℃。原生態(tài)涌水含有大量的煤石泥沙顆粒物，各種氯化物鹽類與強(qiáng)腐蝕性硫酸根離子，各種微生物、菌類與粘性油性物質(zhì)。

后期內(nèi)蒙古某煤礦礦井排水余熱計(jì)算：

計(jì)算式：Qm=Wmax*4.18*ΔTm/3.6(kW)=350*4.18*12/3.6=4877(kW)

式中，Qm—煤礦井下排水最大余熱量(kW)；

Wmax—24小時(shí)平均排水量(350t/h)；

ΔTm—最大取熱溫差(12℃)。

根據(jù)煤礦礦井水中的熱量資源情況，其熱量規(guī)模、連續(xù)性、穩(wěn)定性等指標(biāo)完全滿足該場地供暖熱水供熱的需求，我們規(guī)劃采用煤礦礦井水中的熱量作為供暖熱水的第一熱源，供熱水參數(shù)＞50℃。采用采用煤礦礦井水中的熱量解決供暖熱水的需求。通過對比直接燃燒鍋爐費(fèi)用與利用乏風(fēng)余熱以及壓風(fēng)機(jī)余熱水源熱泵技術(shù)總費(fèi)用，闡明水源熱泵的優(yōu)勢。

(1)燃燒鍋爐計(jì)劃供暖天數(shù)160天，鍋爐的利用率為60%。

供暖消耗碳：1431KW*3600/2720kj/kg×160×24h×(1+25%)×60%=5454.6噸

防凍消耗碳：3978KW*3600/2720kj/kg×160×24h×(1+25%)×35%=8845.2噸

按照碳單價(jià)170元/噸計(jì)算，總成本243.1萬元，再加上人工費(fèi)等其他費(fèi)用，總計(jì)252.5萬元。

(2)水源熱泵供暖。涌水熱泵供熱系統(tǒng)利用煤礦的水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行1臺熱泵機(jī)組，供熱量為1647KW，1臺熱水加熱循環(huán)泵，全年運(yùn)行365天，每天運(yùn)行3.51h，電耗如下：(428+15+11+5.5)×365×3.51h×90%=52.98萬KWh

浴室供水泵耗電量為15KW，全年運(yùn)行360天，每天運(yùn)行10h，平均負(fù)荷系數(shù)為0.9，電耗如下：15×360×10h×0.9=4.8萬KWh

洗浴熱供熱系統(tǒng)總電耗：(8.3+52.98+4.8)=66萬KWH

①主要費(fèi)用。按當(dāng)?shù)仄骄妰r(jià)計(jì)算0.7元/kWh計(jì)算，營盤壕煤礦綠色能源供熱系統(tǒng)電能消耗費(fèi)用為：電費(fèi)：66*0.7=46.2萬元；

②其他費(fèi)用。綠色能源供熱系統(tǒng)運(yùn)行管理人員需配置約3人，年人工資福利按5萬元計(jì)算，其管理費(fèi)用約15萬元；系統(tǒng)設(shè)備年維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，該系統(tǒng)年運(yùn)行保養(yǎng)費(fèi)用3萬元。

水源熱泵供暖費(fèi)用：64.2萬元；

費(fèi)用對比如表1所示：

表1 運(yùn)行費(fèi)用對比

由表1可知，燃煤鍋爐供熱產(chǎn)生的費(fèi)用大約是水源熱泵技術(shù)產(chǎn)熱總費(fèi)用的四倍，水源鍋爐產(chǎn)生了較好的能源節(jié)約特性。

5 結(jié)語

水源熱泵無疑是一種高效的、變廢為寶的礦進(jìn)水開發(fā)利用技術(shù)，這種技術(shù)具有節(jié)能、環(huán)保的諸多優(yōu)勢。極大的改善了傳統(tǒng)鍋爐制暖以及空調(diào)制冷對環(huán)境污染以及能源消耗的種種弊端，是值得大力開發(fā)推廣的技術(shù)手段，但是這項(xiàng)技術(shù)也面臨著前期投入成本較多的影響，另外技術(shù)水平不完善也可能無法實(shí)現(xiàn)水源熱泵的高效的產(chǎn)能應(yīng)用，所以在這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用中還需要不斷的完善相關(guān)不足之處。