浅谈煤矿热源综合利用方案

李庆林

（山西省临汾市霍州煤电集团，山西临汾031412）

0 引言

2013年6月14日，国务院召开常务会议，确定了大气污染防治十条措施，根据减少污染物排放的要求，全国各地区开始全面整治燃煤小锅炉。其中，煤炭企业根据国家环保要求，无条件取缔10 t及以下燃煤锅炉。燃煤锅炉的取缔，对于一个煤矿而言直接面临的就是煤矿职工洗浴、采暖以及煤矿安全规程规定的井筒防冻三大问题。而这三大问题直接影响着矿井的安全生产，所以，解决了这三大问题对于一个矿井而言其重要性不言而喻。下面笔者就煤矿能源综合利用方案做一简单介绍。

1 燃煤锅炉取缔后，煤炭企业需开展能源综合利用

1.1 空气源热泵机组系统采暖、洗浴

空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。空气作为热泵的低位热源，取之不尽，用之不竭，可以无偿地获取，且空气源热泵的安装和使用都比较方便。空气源热泵具有如下特点：

（1）空气源热泵系统冷热源合一，不需要设专门的冷冻机房、锅炉房，机组可任意放置屋顶或地面，不占用建筑的有效使用面积，施工安装十分简便。

（2）无冷却水系统，无冷却水消耗，也无冷却水系统动力消耗。另外，从安全卫生的角度考虑，空气源热泵也具有明显的优势。

（3）由于无需锅炉、锅炉燃料供应系统、除尘系统和烟气排放系统，故空气源热泵系统安全可靠，对环境无污染。

（4）空气源热泵冷（热）水机组采用模块化设计，不必设置备用机组，运行过程中电脑自动控制，调节机组的运行状态，使输出功率与工作环境相适应。空气源热泵的性能会随室外气候的变化而变化。

1.2 地源热泵机组系统采暖、洗浴

1.2.1 热源

浅层地能是太阳能的一种存在形式，是地热可再生能源家族中的一员。由于浅层地下收集了太阳射向地球60%的能量，相当于人类每年能耗的近20 000倍，加上地核芯热综合作用，这个地层形成相对恒温层带，因此，与传统能源相比，浅层地能具有储量巨大、再生迅速、分布广泛、温度四季适中，并且取之不尽、用之不竭的特点，是巨大的“绿色能源宝库”。

浅层地能一般只有几摄氏度到十几摄氏度，且分布比较分散，利用电驱动的水源热泵（也称“地源热泵”）回收利用比较经济和方便。

1.2.2 地源热泵机组的组成

热泵机组装置主要由压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四部分组成。

1.2.3 地源热泵机组的工作原理

地源热泵是利用浅层地能进行冷热交换来作为地源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。

1.2.4 地源热泵机组的特点

地源热泵的特点是：（1）资源可再生；（2）环境效益显著、无污染；（3）经济效益高、低碳节能；（4）维护费用低、自动化程度高。

1.3 工业余热、污水源热泵机组系统采暖、洗浴

1.3.1 空压机压风余热回收

矿井压风系统是矿井生产必不可少的重要系统之一。矿井压风系统主要由空气压缩机、压风管路、阀门、相关元件、空气过滤器、风包、安全保护装置等构成。其中，空压机站的空气压缩机在工作时会产生很大的热量，经常出现超温报警，部分单位会将热量引至室外。余热回收装置把这部分热量通过板式换热器利用起来，用于矿井的采暖和洗浴，基本没有损耗，节能效果非常明显。

1.3.2 洗浴废水余热回收

矿井生产中，职工日常洗浴废水余热一般在25℃左右，大部分矿井将洗浴废水经污水处理站处理后用作工业用水（消防）或直接排放，而洗浴废水中所含的热量却白白浪费掉。通过余热回收装置将废水中的热量提取出来用于矿井洗浴，可以达到回收利用、节能降耗的效果。

2 矿井井筒防冻，保证矿井生产安全

煤矿安全规程规定：为防止井筒结冰，煤矿井筒温度不得低于2℃。在煤矿井下，防止井筒结冰的办法为输送热风，使井筒内的温度升高，保证其不结冰。矿井通过燃煤锅炉来实现热风的输送，但是燃煤锅炉能耗大、效率低，环保不达标。

2.1 电加热法煤矿井筒防冻

根据煤矿的实际情况及要求，将原有燃煤锅炉输送热风改为电加热输送热风形式，给煤矿带来了显著的经济效益、安全效益。

2.1.1 电加热系统组成

主要由动力模块、电加热模块、热风输送模块、电源模块等组成。

2.1.2 工作原理、特点

（1）通过电加热模块加热空气，由动力模块将热空气经过热风输送模块输送到矿井井筒，提高井筒内温度，达到防止井筒结冰的效果。（2）电加热模块在地表温度大于2℃时自动停机，实现自动化控制。（3）出风口的温度高于50℃时，电加热模块顺序降低负荷，动力模块自动调整频率，从而控制热风输送量。（4）井筒巷道150 m处温度高于3℃，电加热模块顺序降低负荷。

2.2 空气源热泵井筒防冻

空气源热泵井筒防冻即采用空气源热泵机组提供热源，为矿井井筒提供热风。

2.2.1 空气源热泵加热系统组成

主要由动力模块、空气源热泵模块、热量蒸发模块、热风输送模块、电源模块等组成。

2.2.2 工作原理

空气源供热机组是一种可以替代锅炉不受资源限制的节能环保供热装置。其采用绿色无污染的冷煤，吸取空气中的热量，通过压缩机的做功，产生热量。热量通过蒸发器加热周围空气，由动力模块提供动力将热空气输送至矿井井筒，从而保证井筒温度。

3 太阳能、光伏解决洗浴、采暖问题

利用太阳能制热水，利用光伏发电进行水箱保温，使太阳能更加充分地服务于煤矿的采暖和洗浴。

3.1 光伏发电系统的组成

光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器组成，其中，太阳能电池是光伏发电系统的关键部分，太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

3.2 光伏发电系统的原理

光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式。

3.3 光伏发电的特点

（1）安全可靠，无噪声，无污染排放。

（2）光伏发电对于偏远无电地区尤其适用，且会降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失。

（3）能源质量高，储量高。每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

（4）开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

（5）不受资源分布的地域限制，可有效利用建筑物的屋顶和墙壁，不需要占用大量土地。

（6）建设周期短，使用寿命长，能量回收周期短。

4 结语

煤矿能源综合利用方案是针对锅炉取缔以后所面临的问题而提出的，并且在霍州煤电集团个别矿井试运行；运行效果显示，其既解决了矿井取缔锅炉后亟待解决的三大问题，又符合国家的环保政策，最重要的是节能效果还非常显著。

各单位可根据自身的实际情况，进行优化组合。比如：回风井和进风井距离近时，优先采用乏风水源热泵解决采暖和洗浴；如果压风机房距离进风井近，则可以考虑利用压风余热解决井筒防冻；如果距离澡堂近，则考虑利用压风余热解决洗浴问题；如果办公设施距离较远，则考虑用空气能热泵解决采暖问题等等。热源综合利用要根据各单位实际情况选择适合自己的方案，争取在环保的基础上实现更大的节能。