水源熱泵技術(shù)在煤礦應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)分析及效果評(píng)價(jià)

摘 要：本文以水源熱泵技術(shù)在煤礦的推廣與應(yīng)用為例，介紹了水源熱泵技術(shù)在節(jié)能、減排、環(huán)保、采暖、制冷方面多種功效。

關(guān)鍵詞：水源熱泵；節(jié)能；環(huán)保

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

1 概況

梁寶寺井田根據(jù)所處地理位置和生產(chǎn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)由原來(lái)的鍋爐取暖、空調(diào)制冷變?yōu)椴捎盟礋岜脵C(jī)組對(duì)工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)的建筑物空調(diào)、采暖、浴室加熱、井筒防凍提供冷熱源。

2 水源熱泵機(jī)房替代鍋爐房

由水源熱泵機(jī)房替代原設(shè)計(jì)中的鍋爐房，來(lái)對(duì)梁寶寺煤礦工業(yè)場(chǎng)區(qū)生產(chǎn)、生活區(qū)域進(jìn)行集中供暖或制冷，一是杜絕了礦物燃料燃燒產(chǎn)生的大量污染物，保護(hù)了環(huán)境；二是水源熱泵技術(shù)是一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，相對(duì)于鍋爐取暖節(jié)省大量能源。

3 水源熱泵機(jī)組的工作原理

水源熱泵技術(shù)在梁寶寺煤礦應(yīng)用主要有四個(gè)低溫?zé)嵩矗旱V井回風(fēng)、礦井水處理站處理后的礦井排水、主副井凍結(jié)孔中蘊(yùn)藏的低溫?zé)嵩础⑾募纠鋮s塔。我們創(chuàng)造性地回收了礦井回風(fēng)能源，彌補(bǔ)礦井排水的不足，礦井回風(fēng)溫度和排水基本一致，含有豐富的潛能，通過(guò)在回風(fēng)井口設(shè)置回風(fēng)換熱器（噴淋塔、翅片換熱器等）回收回風(fēng)潛能：井筒凍結(jié)孔中蘊(yùn)藏的恒溫能源，一年四季都可以使用。

梁寶寺煤礦水源熱泵機(jī)房?jī)?nèi)部安裝了5臺(tái)水源熱泵機(jī)組，其中1、2、3號(hào)機(jī)組用來(lái)供生產(chǎn)生活區(qū)域空調(diào)制冷制熱和冬季井筒防。5號(hào)機(jī)組專(zhuān)用來(lái)為職工澡堂24小時(shí)供應(yīng)洗浴熱水，4號(hào)機(jī)組具有空調(diào)制熱制冷和提供洗浴熱水的兩個(gè)功能，作為兩者備用。

4 能耗狀況和能耗指標(biāo)分析

梁寶寺礦井采用水源熱泵機(jī)組對(duì)工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)的建筑物提供采暖、空調(diào)以及浴室加熱和井筒防凍用熱，熱源取自礦井回風(fēng)、礦井水處理站處理后的礦井排水、主副井凍結(jié)孔中蘊(yùn)藏的低溫?zé)嵩矗恍枰紵簛?lái)提供熱源，但水源熱泵機(jī)組需消耗電能。

在工業(yè)場(chǎng)地設(shè)置鍋爐房，考慮管網(wǎng)熱損失系數(shù)、熱負(fù)荷同時(shí)使用系數(shù)以及鍋爐燃煤煤種，鍋爐房總噸位定為12t/h。選用三臺(tái)DZL4-1.25-AⅡ型快裝水管蒸汽鍋爐。采暖期兩臺(tái)運(yùn)行，非采暖期一臺(tái)運(yùn)行。燃用生產(chǎn)的原煤發(fā)熱量為26.1MJ/kg。節(jié)煤分析如下：

4.1 計(jì)算參數(shù)

工業(yè)場(chǎng)地鍋爐燃用原煤發(fā)熱量為26.1MJ/kg；年采暖期天數(shù)110d；年非采暖期天數(shù)255d；采暖期最大熱負(fù)荷7942.55kW；非采暖期最大熱負(fù)荷2189kW；采暖期鍋爐每天運(yùn)行按20h計(jì)；同時(shí)使用系數(shù)取8h計(jì)；選用的DZL4-1.25-AⅡ型蒸汽鍋爐熱效率為78%。

4.2 節(jié)煤分析

經(jīng)計(jì)算，采暖期最大原煤耗量約1.405t/h，年采暖期原煤耗量約2472t；非采暖期最大原煤耗量約0.387t/h，年非采暖期原煤耗量約632t；年原煤總耗量共計(jì)3104t。故煤耗指標(biāo)為0.0069t/（t/a）。折標(biāo)準(zhǔn)煤年耗量共計(jì)為2764t。依據(jù)本礦熱負(fù)荷的總量及用熱特點(diǎn)，選用以及生活洗浴熱水供應(yīng)的冷熱源，機(jī)組間可互相備用和切換；2臺(tái)Spring-WM-410B-1型螺桿水源熱泵機(jī)組提供井筒防凍空氣加熱的熱源。

采暖期季水源熱泵機(jī)組每天運(yùn)行按20h計(jì)，非采暖期水源熱泵機(jī)組每天運(yùn)行按16h計(jì)。經(jīng)計(jì)算，采暖期每天耗電量：35840kWh，采暖期總耗電量：3942400 kWh；非采暖期每天耗電量：6784 kWh，非采暖期總耗電量：1729920 kWh；年耗電量共計(jì)約5672320 kWh。（根據(jù)熱電廠每kWh電需0.4kg標(biāo)準(zhǔn)煤進(jìn)行換算）相當(dāng)于年耗煤量為2269t。

4.3 節(jié)能效果

地源熱泵設(shè)備既解決供暖、又解決制冷、浴室加熱及井筒防凍。浴室供熱系統(tǒng)的換熱設(shè)備采用高效的水水換熱器，浴室加熱采用自動(dòng)水溫控制系統(tǒng)。夏季時(shí)，運(yùn)行三臺(tái)水源熱泵機(jī)組用于建筑物空調(diào)制冷，對(duì)于浴室供熱所需要的熱負(fù)荷，可以由建筑物空調(diào)制冷冷凝熱的回收獲得，節(jié)能效果明顯。水源熱泵設(shè)備運(yùn)行。為了保證水源熱泵泵房?jī)?nèi)的設(shè)備在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，水源熱泵機(jī)組常規(guī)情況下，水源熱泵輸入1kW的電能，生產(chǎn)4.6kW的熱能（冷能），節(jié)能顯著。水源熱泵設(shè)備的選型方面。水源熱泵選用低電耗、熱效率高的產(chǎn)品；水泵的選擇使其在最佳工況范圍運(yùn)行（水泵運(yùn)行效率：83%）。 供暖、空調(diào)系統(tǒng)方面。礦井工業(yè)場(chǎng)地各建筑物均采用集中供暖或空調(diào)，夏季空調(diào)和冬季采暖用一套管路系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。室外管道系統(tǒng)及其它設(shè)備的保溫采用導(dǎo)熱率低保溫性能好的聚氨酯保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)低（0.033W/（m·k）），其絕熱厚度滿足《設(shè)備及管道保冷設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（GB/T15586）要求。 在管道的選取方面，無(wú)論是室外管道系統(tǒng)還是室內(nèi)管道系統(tǒng)，結(jié)合具體的使用條件，使流速在其經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)，滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2005）相關(guān)要求。運(yùn)行中節(jié)能措施：礦井工業(yè)場(chǎng)地各建筑物采暖均采用地源熱泵集中供暖，并能根據(jù)室外氣溫變化自動(dòng)調(diào)節(jié)集中供暖溫度，以實(shí)現(xiàn)集中供暖系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的節(jié)能。

4.4 環(huán)保效果

水源熱泵集中布置在水泵間內(nèi)，水泵間采用封閉隔聲結(jié)構(gòu)，內(nèi)墻面安裝吸聲結(jié)構(gòu)吸聲，隔聲間設(shè)進(jìn)出風(fēng)消聲器，門(mén)窗采用隔聲結(jié)構(gòu)。楊營(yíng)煤礦是礦井回風(fēng)、礦井水處理站處理后的礦井排水、主副井凍結(jié)孔中蘊(yùn)藏的低溫?zé)嵩础⑾募纠鋮s塔。應(yīng)該指出，熱泵從這些熱源吸收的熱量屬于可再生的能源。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采用水源熱泵技術(shù)，保證了我礦采暖供暖系統(tǒng)有效運(yùn)行的同時(shí)，為我國(guó)低溫?zé)崮芗夹g(shù)在煤礦中的使用提供寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)和參考資料，豐富和發(fā)展了我國(guó)的低溫?zé)崮芾碚摵图夹g(shù)。

作者簡(jiǎn)介：徐麗霞（1983-），女，山東濟(jì)寧人，工程師，主要從事：環(huán)境工程技術(shù)研究工作。endprint