洗煤車間空氣環境控制節能方案設計

張立敏，牛永勝

（1.冀中能源股份有限公司，河北 邢臺 054000；2.華北科技學院，河北 燕郊 101601）

0 引 言

東龐礦選煤廠1985年建成投產，建礦30多年來，原煤入洗能力由1985年的180萬t，提升為450萬t。選煤廠主廠房原設計采用自然通風降溫方式，隨著國家環保治理力度的加大，現有洗煤廠主廠房要求全部封閉，封閉后廠房無法實現自然通風，車間內空氣質量下降很多，尤其夏季的到來，車間內溫度高、濕度大，加之洗煤藥劑產生的揮發物，導致工人健康受到很大威脅，為此需進行廠房通風改造，為生產創造安全舒適的空氣環境。

1 洗煤車間通風現狀

東龐礦選煤廠主廠房空間大，東西長98 m，南北寬28 m（圖1），通風困難，同時內部空間根據設備情況不同，分4～8層設計，1～8軸線廠房為4層，8～15軸線為8層設計，設備布置緊密，其中4～5層設備最多，在夏季高溫天氣，廠房中設備運轉會產生大量熱和濕。

圖1 洗煤車間平面示意Fig.1 Plane diagram of coal washing workshop

根據當前河北省環保的規定，為了防止車間粉塵及有害氣體外排對環境造成污染，生產車間要求全封閉，車間原有的開窗通風方式無法實現，導致整個空氣環境極差，尤其夏季車間高溫高濕，工人健康受到嚴重威脅，因此進行通風改造。

2 洗煤車間空氣環境控制目標及原則

設計研究目標是改善選煤廠主廠房室內生產空氣質量，夏季消除洗煤車間高熱、高濕狀況，冬季保證供熱，同時全年引入新風、排出車間污濁空氣。

在當前我國環保及雙碳目標形勢下，提出以下原則。

（1）節能方面。洗煤廠生產車間空間變化大，實現全車間降溫除濕能源消耗太大，因此考慮采用重點區域局部崗位送冷風、污染物分區控制等技術相結合實現在最小能耗的情況下改善廠房熱濕環境，同時控制廠房內污染物排放。以熱管技術回收車間排風冷熱量降低能耗，同時引入新風排出室內污染空氣。采用熱泵技術回收利用選煤廠選煤補水的天然冷熱源，東龐洗煤廠補水冬夏季溫度變化不大，作為熱泵冷熱源，對于提高空調制冷的熱效率有極大的優勢。

（2）環保方面。采用污染物分區控制，重點針對廠房內4層車間，洗煤藥劑污染物發生的部位和規律性，有針對性地設置新風系統，快速引入新風同時排出車間污染的空氣。

3 洗煤車間空氣環境控制工藝

考慮到選煤廠主廠房空間大，結構變化大，采用對整改車間的溫濕度及空氣質量控制，能源消耗太大，同時現在洗煤車間洗選設備基本實現了全自動運行，因此整改車間空氣進行溫濕度和空氣質量控制沒有必要。設計根據廠房特點，采用重點區域崗位送風，污染源重點通風的方式控制洗煤車間空氣質量，同時最大限度地實現節能降耗。

采用選煤車間循環水作為熱泵冷熱源，夏季熱泵系統向洗煤車間循環及補水池放熱，冬季熱泵系統從洗煤車間循環及補水池取熱熱，車間內通過風機盤管、射流機組對車間進行冬季供熱、夏季降溫，控制廠房溫度和濕度（圖2）。

圖2 洗煤車間空氣質量控制工藝示意Fig.2 Air quality control process principle of coal washing workshop

由于洗煤生產的特殊性，車間內溫度高，濕度大，因此末端崗位送風設備根據室內和室外溫度情況，部分末端設備直接處理室外新風送入室內，重點內部區域直接處理室內空氣送到崗位。

洗煤廠浮選車間，由于使用輕質柴油等選項藥劑，是洗煤車間的主要污染區域，對該區域專門設計了獨立的送排風系統，同時采用熱管技術實現送排風余熱回收。

4 洗煤車間溫濕度控制設計

基于洗煤車間的特殊空間結構和工藝特點，加之環保要求車間封閉，因此設計對洗煤車間的溫濕度控制，主要采用崗位送風的方法，通過射流機組和風機盤管將處理后的空氣送到工人工作區域。

夏季車間內空氣溫度濕度大部分高于室外溫濕度，根據車間時間溫度和濕度分布情況，部分設備直接處理室外空氣崗位送入室內，冬季斷開連接管道，處理室內空氣，設備布置及新風量見表1。

表1 局部降溫點級新風量統計Table 1 Statistics of local cooling point level fresh air volume

室內末端設備安裝示意如圖3所示。

圖3 室內末端設備安裝示意Fig.3 Indoor terminal equipment installation

5 洗煤車間空氣質量控制設計

由于洗煤車間要求封閉，因此新風的引入主要通過設備引入和1層車間4個大門引入，考慮到4層浮選車間藥劑污染，設計了獨立的送排風系統，如圖4所示。兩側布置的送風口采用球形噴口射流直接到達工作區，上部百葉排放口直接將污濁空氣排出，夏季直接送入新風，冬季采用熱管換熱器進行熱回收，設備原理如圖5所示。

圖4 洗選車間送排風布置示意Fig.4 Air supply and exhaust layout of washing workshop

圖5 熱管熱回收新風設備設計Fig.5 Heat pipe heat recovery fresh air equipment design

6 效益分析

6.1 項目投資

該項目采用崗位送風局部降溫、重點污染區域通風控制，從總體設計上降低了投資。

該系統由洗煤循環水取水系統、熱泵系統、室內崗位送風末端系統、新風系統、污染區域獨立送排風系統及相應的供電及電氣系統、自動化控制其它附屬配套設施工程構成，項目總投資估算168萬元。

6.2 與傳統洗煤車間空氣質量投資對比

如果采用傳統空調降溫除濕、供熱及新風方式，東龐礦洗煤車間約需要滿足13 000 m2夏季除濕降溫、冬季供熱，還有為車間提供至少7.2萬m3/h新風量，投資估算見表2。

表2 傳統方式投資估算Table 2 Traditional investment estimation

6.3 經濟效益

和傳統設計相比，該技術節約投資300萬元，同時，該系統采用熱泵系統回收洗煤循環水中冷熱源，熱泵系統是一種有效的節能手段，可以降低一次能源的消耗。有研究表明，電動熱泵的制熱系數大于3，從能源利用方面看熱泵就會比熱效率為80%的區域鍋爐房用能節省。而該系統回收的熱源溫度高，熱泵的制熱系數遠大于3，因此運行費用更加節約。

7 結 論

（1）項目為改善洗煤廠生產車間高熱、高濕、空氣質量差的生產環境，采用熱管換熱技術、熱泵技術、局部通風技術、流體控制技術、潔凈通風技術、污染物治理等技術手段實現了為全車間四季送新風、降溫除濕、供熱的目標。

（2）該系統采用熱泵技術夏季降溫、冬季供熱，采用熱管技術實現新風熱回收，熱泵可以根據室外溫度節能運行，室外溫低于室內溫度時熱泵停止運行，末端新風系統引入室外新風，室外溫度高于室內溫度時回收利用洗煤廠洗煤水的天然冷熱源，為車間實現了夏季降溫，春秋直接供室外新風，冬季送熱風，四季新風恒溫。

（3）采用局部崗位送風，將新風送入工人工作區域，采用污染物分區控制技術重點解決洗選藥劑對空氣的污染，排出污染乏風引入新風，結合流體控制技術實現在最小能耗的情況下改善車間熱濕環境。

該系統改善了職工的生存環境，保障了職工的健康，同時系統環保節能，符合我國“碳達峰、碳中和”的戰略目標。