关于矿井新能源综合利用（二期工程）技术研究与应用的探讨

苑雪燕

（临矿集团株柏煤矿，山东 临沂 276211）

1 课题研究意义

株柏煤矿新能源利用一期工程建设完成后，对未覆盖的职工宿舍、办公区、食堂等地点通过空调制热采暖，主要存在以下问题。

（1）制热效果受室外环境温度制约。空调制热受冷媒限制，在室外环境温度低于10℃时，外机将会出现结霜，温度越低结霜越多，空调制热效果也就越差甚至停止工作。

（2）设备陈旧老化，故障率高。由于各地点配备空调多从老矿区移机到新矿区，使用时间长且经过二次拆装，不制热（冷）、制热（冷）不明显的故障比较普遍，维护费用高、维修效果不明显。

同时，采取有效的供暖措施，为职工创造适宜的办公生活条件，是保障职工身体健康基础，也是保证矿井安全生产和提高经济效益的基础，因此，推动新能源利用二期工程建设是矿井保持安全稳定、促进矿井发展的必要条件。

2 课题研究理论依据

新能源一期工程自投用以来，整体系统运转良好，在环保方面及节能创效方面效果显著。在对新能源系统的实际操作与研究的过程中，锻炼了一批操作技术数量的班组长与维护人员，为二期工程的研究奠定了坚实的理论基础。

3 课题研究目标

我国的工矿企业热能转换设备及用能设备在生产过程中产生了大量的热废水等低品位能源，利用太阳能及余热回收利用技术将这些低品位能源进行回收利用，用于提供工业热水、生活热水或为居民供暖，不仅可以减少企业污染的排放，还可以大大降低工业企业原有能源的消耗。

研究课题主要目标是实现以下功能：（1）利用先进的加热技术先进，中端采用GSY 高碳分子发热油供热机组加热系统，将低温水加热为高温水。（2）保留原有的暖气片，利用新能源与现有的安装好的暖气片相结合，不再新添加风机盘管，节约投资。

4 课题研究主要内容

项目的主要研究内容：

（1）供热负荷及现场状况二期工程增加职工宿舍区、食堂、办公区，共计5371 ㎡。

（2）进一步充分利用浅井水热源，作为新能源系统的主要供热源。

株柏煤矿矿区内地下水较为丰富，地下水的水位为地面以下7 ～8m，水温约为15℃，每口井的水量为20m3/h，打井费用低廉，无需铺设长距离管道，原井水提取温差约为10℃，该方式可提供45 ～55℃热水。

（3）研究采用新型GSY 高碳分子发热油供热机组作为新能源热水二次加热的主要设备。

前期株柏煤矿对GSY 高碳分子发热油新型供热机组进行了考察。该机组工作原理是在电加热激活的作用下冲击运动产生相变能量，现场两次实测制热效率效为1.15、1.45（即输入1kW·h 电能可产生1.15 ～1.45kW 热量）。该设备工作原理简单、易于控制、运行稳定，运行效率不受环境影响，可实现长时间免维护运行，各项优势比较突出。同时，象能GSY 供热机组通过电力驱动，在加热激活高碳分子发热油过程中无燃烧，因此不产生CO2、无废气排放及机组运行的噪音。机组出水温度可在40 ～85℃内任意调节，可提供暖用的高温热水。

5 课题研究方法

本课题的研究采用理论与实践相结合的研究方法。对国内有关新能源利用的理论及相关经验深入学习；结合当前国内外最新的发展成果，对新能源的供热方式及热油机组的供热方式进行研究；在一期的基础上对现有的二期工程进行研究。

6 课题研究主要过程：GSY 热油机组的研究

采用GSY 高碳分子发热油在电加热激活的作用下冲击运动产生相变能量，采暖每平米按30 ～50W 电功率进行设计，采暖能效可达230%以上。全年运行稳定，不受环境影响。工作比较稳定，效率较高。

象能GSY 供热机组通过电力驱动，因此不会产生CO2，同时，在加热激活高碳分子发热油过程中，没有燃烧加热的过程，因此没有燃烧废气的排放，并且机组运行无噪音，工作方式比较环保。

在额定条件下，象能GSY 供热机组在消耗1kW/h 电力的情况下，就能提供2.3kW/h 以上的有效热量。意味着2/3 以上的热量是免费的，大面积供暖领域节能效果更为突出。

（1）技术先进。运行模式：以加热高分子油实现制热水供暖需求；屏幕显示：LCD、密码锁机及水位显示等；热水温度设定：范围：10 ～90℃；默认热水温度值为50℃（90℃以下可调节）；定时设定：能实现多段定时开机、关机功能；智能控制：采用全自动程序控制系统形成无须专人值守的“智能化”的操作。象能机组具有安全、能效高的特点。运行稳定使用寿命长：机组故障率极低，运行能效不受气候条件影响，四季制热效率保持不变，使用寿命15年以上。

（2）供暖水源及供暖方式的研究。

①株柏煤矿地理位置的优越性，矿区具有丰富地下水，地下水的水位为7 ～8m，水温温度为16.5℃，每口井的水量为24m³/h，按照可提取温差为10℃计算，可提取的负荷如下：Q=4.18×24m³×1000×10÷3600=278kW。

该热源可利用分析：该地区地下水丰富，打井费用低廉，无须铺设长距离管道，不存在企地关系协调问题，因此，可以利用。需要注意打井及回灌的方式，不能造成水资源浪费和污染。在停车场处打5 眼井作为回水用井，在单身宿舍楼北侧打2 眼井作为出水井。

②为充分利用职工宿舍已经安装完毕的暖气片，在双面楼处安装两台GSY 热油机组，用以对新能源热水（55 度）进行二次加热（90 度），增加了供热效率保证了供暖质量。

（3）系统构建方案研究。食堂、办公区用热终端安装风机盘管，直接用水源热泵机组提供中温水供热；职工宿舍区用热终端使用已安装的暖气片，热源使用GSY 供热机组二次加热后的高温水。

①在新能源机房预留基础处安装一台水源热泵机组及换热器等附件，通过预留管道接至食堂、办公区及职工宿舍区附近；

②在办公区、食堂用热终端安装风机盘管；

③在职工宿舍区附近安装GSY 供热机组，机组二次加热后的高温水管直接与职工宿舍区总管相连。

7 课题研究成果

项目于2018年9月全部施工完成，在工区值班室、招待所、办公楼、职工宿舍安装新能源供热装置另在新能源泵房新安装一台水源热泵。为充分利用职工宿舍已经安装完毕的暖气片，在双面楼处安装两台GSY 热油机组，用以对新能源热水（55 度）进行二次加热（90 度），增加了供热效率保证了供暖质量。

二期系统整个满足优先使用太阳能及压风机余热的设计原则，并可按照峰谷电价设定运行时段，即在用电低谷段运行该系统，用电峰段除循环水泵运行其它设备不再运行，实现峰谷时段设备运行自动调节的功能。

采用PLC 动态界面控制，满足自动运行、无人值守的功能要求。

经过测算，在满足所有地点供暖制冷效果的前提下，相比传统的电空调，每年可节约电费约8.72 万元。

另因为新能源工程符合国家税收加计扣除政策，预计可抵扣85 万元以上的税收，间接为工矿创造了经济效益。

8 结语

该项目具有零污染、投资少、见效快等优点，采用集中控制，技术门槛低，方便维护，采用新能源技术与原有的暖气片散热系统相结合的技术，节省大量投资。工业余热、地热和太阳能资源在工矿企业中的存在十分广泛，加以利用将十分具有前景。对于采光良好和生产过程中产生大量余热以及供暖系统改造困难的其他企业也具有很好的借鉴意义。