新时期水源热泵技术在煤矿中的综合运用研究

兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司 内蒙古 鄂尔多斯 017000

1 引言

煤炭地下工程的开采过程中，常会伴随着对地下矿井水的治理工作，这项工作不仅耗费了大量的人力物力成本，也在煤炭开采的过程中造成了较多的安全、技术阻碍等方面的困扰，水源热泵技术的诞生，有效的将原本没有任何使用价值的矿井水利用为地表范围内的取暖降温，也可以将水源作为工业用水充分利用，极大的体现出了矿井水的应用价值，是一项重要的高效能源技术。

2 地下水水源热泵技术的发展现状

随着地下水源热泵系统首次在美国的实验获得成功之后，地下水水源热泵的应用不断受到各个国家的重视和探索发展，虽然我国在该项技术的引入和发展的时间较短，但是国内一些专家研究人员非常重视这些技术的应用，我国通过与美国的相关部们建立项目共同开发的相关协议，使得我国拥有了北京、宁波、广州三个地方的水源热泵的发展示范点，在寒冷、温暖、温差大的三个代表性区域，通过不断的研究探索，使水源热泵的技术不断发展。

3 水源热泵基本原理

矿井水源热泵基本原理是利用稳定的热源介质的热交换原理，将夏季地表高温通过水源带走，降低目标文都改善点的热度；将冬季水源中的热量释放到目标温度改善地点，一定程度上提高建筑物的具体设施中从而达到升温的目的。一般来说，水源热泵工作中相关设备消耗的能量会带来远高于其总量四倍的能量，极大的改善了能量的利用率。

4 水源热泵技术应用案例分析

以内蒙古某煤矿的水源热泵技术应用作为分析案例，水源热泵技术使利用提取矿井水中的热量来供热的作为稳定热源。内蒙古某煤矿矿井水非持续排放，每天3300-3500m3/h，排水量141.7t/h，冬季排水温度17℃。原生态涌水含有大量的煤石泥沙颗粒物，各种氯化物盐类与强腐蚀性硫酸根离子，各种微生物、菌类与粘性油性物质。内蒙古某煤矿矿井排水余热计算：

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

式中，Qm—煤矿井下排水最大余热量(kW)；

Wmax—24小时平均排水量(141.7t/h)；

ΔTm—最大取热温差(12℃)。

内蒙古某煤矿矿井水非持续排放，排水量350t/h，冬季排水温度17℃。原生态涌水含有大量的煤石泥沙颗粒物，各种氯化物盐类与强腐蚀性硫酸根离子，各种微生物、菌类与粘性油性物质。

后期内蒙古某煤矿矿井排水余热计算：

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

式中，Qm—煤矿井下排水最大余热量(kW)；

Wmax—24小时平均排水量(350t/h)；

ΔTm—最大取热温差(12℃)。

根据煤矿矿井水中的热量资源情况，其热量规模、连续性、稳定性等指标完全满足该场地供暖热水供热的需求，我们规划采用煤矿矿井水中的热量作为供暖热水的第一热源，供热水参数＞50℃。采用采用煤矿矿井水中的热量解决供暖热水的需求。通过对比直接燃烧锅炉费用与利用乏风余热以及压风机余热水源热泵技术总费用，阐明水源热泵的优势。

(1)燃烧锅炉计划供暖天数160天，锅炉的利用率为60%。

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

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

按照碳单价170元/吨计算，总成本243.1万元，再加上人工费等其他费用，总计252.5万元。

(2)水源热泵供暖。涌水热泵供热系统利用煤矿的水源热泵系统运行1台热泵机组，供热量为1647KW，1台热水加热循环泵，全年运行365天，每天运行3.51h，电耗如下：(428+15+11+5.5)×365×3.51h×90%=52.98万KWh

浴室供水泵耗电量为15KW，全年运行360天，每天运行10h，平均负荷系数为0.9，电耗如下：15×360×10h×0.9=4.8万KWh

洗浴热供热系统总电耗：(8.3+52.98+4.8)=66万KWH

①主要费用。按当地平均电价计算0.7元/kWh计算，营盘壕煤矿绿色能源供热系统电能消耗费用为：电费：66*0.7=46.2万元；

②其他费用。绿色能源供热系统运行管理人员需配置约3人，年人工资福利按5万元计算，其管理费用约15万元；系统设备年维护保养费用根据以往工程经验，该系统年运行保养费用3万元。

水源热泵供暖费用：64.2万元；

费用对比如表1所示：

表1 运行费用对比

由表1可知，燃煤锅炉供热产生的费用大约是水源热泵技术产热总费用的四倍，水源锅炉产生了较好的能源节约特性。

5 结语

水源热泵无疑是一种高效的、变废为宝的矿进水开发利用技术，这种技术具有节能、环保的诸多优势。极大的改善了传统锅炉制暖以及空调制冷对环境污染以及能源消耗的种种弊端，是值得大力开发推广的技术手段，但是这项技术也面临着前期投入成本较多的影响，另外技术水平不完善也可能无法实现水源热泵的高效的产能应用，所以在这项技术的应用中还需要不断的完善相关不足之处。