水源热泵技术在煤矿应用的经济分析及效果评价

摘 要：本文以水源热泵技术在煤矿的推广与应用为例，介绍了水源热泵技术在节能、减排、环保、采暖、制冷方面多种功效。

关键词：水源热泵；节能；环保

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.036

1 概况

梁宝寺井田根据所处地理位置和生产的特点，设计由原来的锅炉取暖、空调制冷变为采用水源热泵机组对工业场地内的建筑物空调、采暖、浴室加热、井筒防冻提供冷热源。

2 水源热泵机房替代锅炉房

由水源热泵机房替代原设计中的锅炉房，来对梁宝寺煤矿工业场区生产、生活区域进行集中供暖或制冷，一是杜绝了矿物燃料燃烧产生的大量污染物，保护了环境；二是水源热泵技术是一项节能技术，相对于锅炉取暖节省大量能源。

3 水源热泵机组的工作原理

水源热泵技术在梁宝寺煤矿应用主要有四个低温热源：矿井回风、矿井水处理站处理后的矿井排水、主副井冻结孔中蕴藏的低温热源、夏季冷却塔。我们创造性地回收了矿井回风能源，弥补矿井排水的不足，矿井回风温度和排水基本一致，含有丰富的潜能，通过在回风井口设置回风换热器（喷淋塔、翅片换热器等）回收回风潜能：井筒冻结孔中蕴藏的恒温能源，一年四季都可以使用。

梁宝寺煤矿水源热泵机房内部安装了5台水源热泵机组，其中1、2、3号机组用来供生产生活区域空调制冷制热和冬季井筒防。5号机组专用来为职工澡堂24小时供应洗浴热水，4号机组具有空调制热制冷和提供洗浴热水的两个功能，作为两者备用。

4 能耗状况和能耗指标分析

梁宝寺矿井采用水源热泵机组对工业场地内的建筑物提供采暖、空调以及浴室加热和井筒防冻用热，热源取自矿井回风、矿井水处理站处理后的矿井排水、主副井冻结孔中蕴藏的低温热源，不需要燃烧煤来提供热源，但水源热泵机组需消耗电能。

在工业场地设置锅炉房，考虑管网热损失系数、热负荷同时使用系数以及锅炉燃煤煤种，锅炉房总吨位定为12t/h。选用三台DZL4-1.25-AⅡ型快装水管蒸汽锅炉。采暖期两台运行，非采暖期一台运行。燃用生产的原煤发热量为26.1MJ/kg。节煤分析如下：

4.1 计算参数

工业场地锅炉燃用原煤发热量为26.1MJ/kg；年采暖期天数110d；年非采暖期天数255d；采暖期最大热负荷7942.55kW；非采暖期最大热负荷2189kW；采暖期锅炉每天运行按20h计；同时使用系数取8h计；选用的DZL4-1.25-AⅡ型蒸汽锅炉热效率为78%。

4.2 节煤分析

经计算，采暖期最大原煤耗量约1.405t/h，年采暖期原煤耗量约2472t；非采暖期最大原煤耗量约0.387t/h，年非采暖期原煤耗量约632t；年原煤总耗量共计3104t。故煤耗指标为0.0069t/（t/a）。折标准煤年耗量共计为2764t。依据本矿热负荷的总量及用热特点，选用以及生活洗浴热水供应的冷热源，机组间可互相备用和切换；2台Spring-WM-410B-1型螺杆水源热泵机组提供井筒防冻空气加热的热源。

采暖期季水源热泵机组每天运行按20h计，非采暖期水源热泵机组每天运行按16h计。经计算，采暖期每天耗电量：35840kWh，采暖期总耗电量：3942400 kWh；非采暖期每天耗电量：6784 kWh，非采暖期总耗电量：1729920 kWh；年耗电量共计约5672320 kWh。（根据热电厂每kWh电需0.4kg标准煤进行换算）相当于年耗煤量为2269t。

4.3 节能效果

地源热泵设备既解决供暖、又解决制冷、浴室加热及井筒防冻。浴室供热系统的换热设备采用高效的水水换热器，浴室加热采用自动水温控制系统。夏季时，运行三台水源热泵机组用于建筑物空调制冷，对于浴室供热所需要的热负荷，可以由建筑物空调制冷冷凝热的回收获得，节能效果明显。水源热泵设备运行。为了保证水源热泵泵房内的设备在最佳状态下运行，水源热泵机组常规情况下，水源热泵输入1kW的电能，生产4.6kW的热能（冷能），节能显著。水源热泵设备的选型方面。水源热泵选用低电耗、热效率高的产品；水泵的选择使其在最佳工况范围运行（水泵运行效率：83%）。 供暖、空调系统方面。矿井工业场地各建筑物均采用集中供暖或空调，夏季空调和冬季采暖用一套管路系统，简化了系统。室外管道系统及其它设备的保温采用导热率低保温性能好的聚氨酯保温材料导热系数低（0.033W/（m·k）），其绝热厚度满足《设备及管道保冷设计导则》（GB/T15586）要求。 在管道的选取方面，无论是室外管道系统还是室内管道系统，结合具体的使用条件，使流速在其经济流速范围内，满足《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）相关要求。运行中节能措施：矿井工业场地各建筑物采暖均采用地源热泵集中供暖，并能根据室外气温变化自动调节集中供暖温度，以实现集中供暖系统运行过程中的节能。

4.4 环保效果

水源热泵集中布置在水泵间内，水泵间采用封闭隔声结构，内墙面安装吸声结构吸声，隔声间设进出风消声器，门窗采用隔声结构。杨营煤矿是矿井回风、矿井水处理站处理后的矿井排水、主副井冻结孔中蕴藏的低温热源、夏季冷却塔。应该指出，热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。

5 结束语

通过采用水源热泵技术，保证了我矿采暖供暖系统有效运行的同时，为我国低温热能技术在煤矿中的使用提供宝贵的借鉴经验和参考资料，丰富和发展了我国的低温热能理论和技术。

作者简介：徐丽霞（1983-），女，山东济宁人，工程师，主要从事：环境工程技术研究工作。endprint