煤矿热能综合利用系统设计方案

Aug.,2019Vol.44No.4

doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2019.04.069

能源技术与管理

EnergyTechnologyandManagement

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煤矿热能综合利用系统设计方案（河南神火煤电有限公司泉店煤矿，河南许昌461000）

［摘

要］利用热能综合利用系统收集本矿区空压机余热、空调冷却塔余热、井口排风余

热、洗浴废热污水余热、井下排水余热等余热资源。通过利用热能综合利用系统对收集的余热再分配为煤矿洗浴热水、衣服烘干、井口防冻和建筑物采暖等提供热源，替代锅炉，满足生产、生活需求。该设计方案符合环保部门相关要求，安全可靠，同时又为煤矿节约了生产成本。

［关键词］环境保护；余热利用；节约成本

［中图分类号］TK114［文献标识码］B［文章编号］1672蛳9943（2019）04蛳0179蛳02

Q1=CM（C2-C1）

kJ/d；C为比热容，J/（kg·℃），式中：Q1为热量，取1，；M为质量，678000kg；C1、C2为温度，℃。

经计算Q1＝22.6×106kJ/d。2.2.2

井口保温用热

依照总进风量11530m3/min、冬季最低-9℃、加热至2℃计算，每小时最大需热量Q2为9.8×106kJ/d。2.2.3

采暖用热

依照矿区建筑面积5.2万m3、80～130W/m2，冬季室内温度为16～18℃，计算出的采暖平均耗热量Q3为19.6×104kJ/h。2.2.4

总耗热量

Q总＝Q1+Q2+Q3=30.3×106kJ/h2.3余热资源2.3.1

井下排水所能提供的热量

该矿井下排水量为469m3/h，按照水温34℃降低到7℃计，所能提供的热量为52.9×106kJ/h。

矿用热需求：洗浴用热：22.6×106kJ/d；井口保温用热：9.8×106kJ/h；采暖用热：19.6×106kJ/h；总耗热量：7.5×104kJ/h。2.3.2

其他余热资源

洗浴用热

后期（根据需要），如果做好压风机、井口排风、洗浴热水、空调散热塔的热回收，完全可以满足企业产能扩大后的用热需求。

1项目背景

矿井在开采过程中，都要涌出一定量的矿井

废水，这部分矿井水一年四季温度恒定，水量随着矿井生产规模的不断扩大和开采时间的增长会逐步加大，是一种稳定和利用价值很高的热源。

水源热泵是一种高效节能的能量转换装置，可以把不能直接利用的低位热能转换为可利用的热能。该系统利用煤矿低温废热资源，优化集成了水源热泵、板式换热器及综合自动化技术，通过输入少量电能，将矿井水中的热量提取出来用于制冷和制热，可部分或完全替代煤矿工业燃煤锅炉和空调，实现了煤矿低温废热资源的高效利用，具有非常重要的经济效益和社会效益咱1暂。

2泉店煤矿基本用热需求及热源

泉店煤矿现在热源主要由以下几方面组成：

2.1泉店煤矿现有热源

①空压机余热、空调冷却塔余热；②井口排风余热；③洗浴废热污水余热；④井下排水余热系统。

2.2矿区用热需求设计2.2.1

（1）浴池用热。根据该矿提供的数据，每班正常洗浴时共使用11个浴池，浴池总容积170m3，因此，每天3班浴池用水量为510m3。

（2）淋浴用水。依照80L/人、共2100人计算，每天淋浴用水量为168t。按自来水温度34℃、热水温度42℃计算，每天总供水量为678t。制取以上热水的总热量为：

3余热综合利用系统设计

根据该矿的整体布局及用热需求，将用热需求分为生产及生活2套系统。在系统运行时，优先保证生产用热，剩余热量供生活采暖使用，生活区

180曹品伟，等煤矿热能综合利用系统设计方案

2019年8月

Aug.,2019

仅在冬季使用。系统如图1所示。

图1系统设计示意

（1）夏季洗浴用水。根据泉店煤矿现有职工2100人、每天有11个浴池3班工作实际，按每天需要45℃洗浴水量700t设计。

现采用1100kW全热回收型水源热泵机组1台，在满足办公楼夏季空调制冷需要的同时，可以提供洗浴热水。

（2）春秋冬季洗浴用水。同样采用1100kW全热回收型水源热泵机组1台，从井下排水中提取热量，制取所需热水。

（3）井口保温。采用1400kW水源热泵机组2台，即可满足井口冬季保温需求。冬季运行时，开启制热模式，采用水池中的水作为热源，机组会根据室外温度的变化，分别或同时工作，以满足井口保温需求。

（4）建筑物的冬季供暖。采用1400kW水源热泵机组2台，加上最初投产的1100kW全热回收机组，即可满足约5.2万m2建筑物的供暖需求。

冬季运行时，开启制热/制热水模式，采用井下排水作为热源，机组会根据室外温度的变化和洗浴用水量的设定等，分别或同时工作以满足建筑物供暖、洗浴用水和井口保温的共同需求。

（5）办公楼的夏季制冷。在夏季制冷时，开启制冷/制热水模式，在给综合办公楼供冷的同时，可以免费制取洗浴热水。

（6）井下降温的。在期间增加用水预冷降温系统，可降低用水温度和冷却水温度，从而降低机的耗电量。空调机组不运行时，还可以回收余热来制取免费热水。

（7）根据使用需要，还可以对压风机进行节能改造，回收余热来制取免费热水。

4经济效益

4.1洗浴热水全自动热水供应系统运行费用依照每天678t的供水量，在标准供水温度情

况下，总需热量为22.6×106kJ/d，以能效比6.5

计，每天运行费用为611元。

除去使用空调时免费制得热水的120d,每年以245d计算的费用为15万元。4.2井口采暖保温系统

根据设计，井口保温系统共采1400kW水源热泵机组2台，满负荷工作时的最大功率为430kW。按照国家标准，井口进风温度不低于2℃为准。实

际运行过程中，系统会根据室外温度的变化，决定设备的投用量。初冬及冬末温度较高时，设备不会投入工作。当室外温度接近2℃时，设备才逐台投用；温度越低，投入的设备越多，功耗也越大。

根据实际运行记录，该系统运行时平均功率为77kW。依照每年运行120d、电费0.63元/kW·h计算，每天运行24h，则井口保温系统年运行费用为14万元。4.3供暖部分

该建筑为重点工作区域，且24h不间断运行，冬季供暖时间为120d，因此，以平均负荷工作计算运行费用为32.6万元。4.4制冷时的费用

依照标准状况运行，夏季制冷费用是冬季的1/2，约23.3万元。

4.5余热综合利用系统的运行费用计算

依照该矿实际运行的数据，采用余热综合利用系统，则年制热和空调运行费用约为：洗浴热水费用15万元；井口保温费用14万元；建筑供暖费用32.6万元；空调制冷费用23.3万元。总费用为84.9万元。热能综合利用系统替代燃煤锅炉项目，每年节约费用为186.7万元。

5结语

随着燃煤锅炉的逐步淘汰，替代能源尚不能满足日常需求，泉店煤矿的热能综合利用系统能减少对环境污染，与传统的燃煤锅炉相比，该系统效率更高，管理成本更低，优势明显，是一种比较切合实际的方案。

［参考文献］

［1］刘纪福.余热回收的原理与设计［M］.哈尔滨：哈尔滨工

业大学出版社，2016.［作者简介］

曹品伟（1982-），男，硕士，毕业于中国矿业大学，现从事机电管理工作。

［收稿日期：2018-12-26］