煤礦回風井回風源熱泵空調系統技術在四臺礦的應用

張海嶺

（同煤集團四臺礦， 山西 大同 037003）

引言

四臺礦馬家村風井原有2臺2 t鍋爐和1臺120萬kcal熱風爐，因為北方冬季夜晚溫度較低、早晚溫差大，2臺鍋爐和1臺熱風爐即使全部啟動，供熱能力仍然不能滿足需求，燃煤消耗大，設備效率低，同時需要大量的操作及維護人員；另外冬季山路陡滑，存在設備運行及維護困難的隱患，解決不好會導致井下供排水管道凍裂，影響正常生產任務。因此，對馬家村回風井回風熱源泵空調系統技術展開分析。

1 煤礦回風井回風源熱泵空調系統

經相關領導考察與研究決定在馬家村安裝風源熱泵系統，該系統設備采用熱泵技術回收馬家村礦井排風中的余熱，用于提供冬季井筒防凍熱量，切實解決馬家村風井遠離礦區冬季井筒防凍的難題。

1.1 四臺礦現有礦井回風礦井排水資源統計表（如表1所示）

礦井排水4 000～5 000 m3/d，夏季水溫18℃，冬季水溫12℃，有地下1 000 m3地下礦井水池一座，礦井水經礦井水池后進入礦井水處理廠。

表1 四臺礦井回風礦井排水資源統計表

1.2 風源熱泵特點

目前熱泵技術是一種能從自然界的空氣、土壤或水中獲得低品味熱能，經過電力做功，輸出到高品位熱能設備中，通過轉換把消耗的電力變為比電熱多4～6倍以上的熱能，是一種以消耗少量電能為代價，能將大量無用的低溫熱能變為有用的高溫熱能的新型高效的供能技術[1-2]。

四臺礦在馬家村回風井口安裝了一套礦井回風換熱擴散塔，將礦井回風中所蘊含的低溫熱能通過噴淋換熱方式轉移到循環液中，作為熱泵系統的低溫熱源。低溫熱源通過熱泵壓縮機釋放出熱能供熱，而損失熱能后的冷媒再回到交換器中繼續吸收回氣中的熱能，從而達到循環利用。目前四臺礦安裝了5臺HE600型低噪音渦旋熱泵機組，將礦井回風中所提取的低溫熱能轉變為可利用的熱能[3]。在進風井口安裝5臺井筒防凍加熱器，滿足進風井筒防凍用熱需求。

1.3 風源熱泵系統（如下頁圖1所示）

1）能量采集系統-礦井回風換熱擴散塔。如下頁圖2所示。將礦井回風中所蘊含的低溫熱能通過噴淋換熱方式轉移到循環液中，作為熱泵系統的低溫熱源。

2）能量提升系統-熱泵機組。如下頁圖3所示。配置5臺HE600型低噪音渦旋熱泵機組，將礦井回風中所提取的低溫熱能轉變為可利用的熱能。

3）末端能量釋放系統-井筒防凍加熱器。如下頁圖4所示。配置5臺井筒防凍加熱器，滿足4 080 m3/min進風井筒防凍用熱需求。

2 社會經濟效益

該設備利用礦井排風余熱綠色能源替代傳統的燃煤鍋爐和熱風爐，減少大氣污染、減輕勞動力、減少能源消耗，從而達到節能減排的目的。據統計使用原有鍋爐和熱風爐每個供熱季燃煤5 600 t，使用熱泵空調系統的節能減排效益為：年減少燃煤5 600 t，CO2減排量14 560 t，SO2減排量112 t，氮氧化物減排量38.08 t，煙塵減排量1 120 t。風源熱泵空調系統投入運行后，自2017年11月23日起使用熱泵空調代替原有的鍋爐和熱風爐給井筒供熱，至2018年4月底共運行160 d，運行情況良好，進風溫度保持在18℃左右（煤礦安全工程要求2℃以上），總耗電量82萬kWh，平均日耗電約0.5萬kWh，按照電價0.54元/kWh計算，投入電費44.28萬元；節約燃煤5 600 t，按照現階段煤碳市場價格400元/t，節約資金224萬元。綜合計算節省資金投入179.72萬元/年。

圖1 系統圖

圖2 礦井回風換熱擴散塔

圖3 熱泵機組

圖4 井筒防凍加熱器

3 結論

1）四臺礦利用風源熱泵技術減少了冬季給礦井井筒供熱時對燃煤鍋爐的依賴，既減少了二氧化硫、二氧化碳的排放，又達到了節約成本的目的。

2）風源熱泵技術不受天氣影響一年四季全天候運行，且系統運行安全可靠，能夠避免傳統鍋爐運行中存在的中毒、易燃、易爆、短路等危險。

3）該系統使用壽命長，維護費用低，可實現無人化操作，全自動智能控制，對環境無污染，具有良好的社會效益。