遠紅外熱風輸送系統在煤礦的應用和推廣

翟展紅

【摘 要】《煤礦安全規程》規定：井筒進風井口以下的空氣溫度必須在2℃以上。安家溝風井使用遠紅外熱風輸送系統替代傳統燃煤熱風爐，目前已運行4個采暖季，經評估認為該系統具有初期投資少、運行可靠、運行費用低等優點，具有良好的示范性，從長遠考慮，具有一定的經濟、環境和社會效益，值得在其他煤礦推廣應用。

【Abstract】 "Coal Mine Safety Regulations" stipulates that the air temperature under the air inlet of shaft must be above 2℃. In Anjiagou air shaft， we used far infrared hot air conveying system to replace the traditional coal-fired hot blast furnace， until now， it has run 4years， the assessment shows that it has the advantages of low initial investment， reliable operation， low operating cost， and has a good demonstration， in the long run， it has a certain economic， environmental and social benefits， is worthy to be promoted in other coal mines.

【關鍵詞】遠紅外；熱風；煤礦 ；推廣

【Keywords】far-infrared； hot wind； coal mine； promotion

【中圖分類號】DT82 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0155-02

1 引言

《煤礦安全規程》第 137 條規定：“進風井口以下的空氣溫度必須在2℃以上”，而在我國北方，冬季氣溫都在0℃以下，寒冷氣流致使井上井下溫度相差無幾，且持續時間長，必須對主井及副井進行熱風輸送，確保熱風入井與冷風混合后，井內溫度上升至5℃左右，井下方能正常生產，故煤礦井筒的保暖防凍工作尤為重要。

傳統的井筒保暖采用燃煤鍋爐產生的高溫蒸汽或熱水加熱管道、燃煤熱風爐產生熱風再由鼓風機吹入井筒等方式進行供熱，運行時間雖然只有5個月，但對空氣的污染較大，運行成本又高，無論從經濟還是環保角度考慮，選用清潔能源替代燃煤熱風爐進行供熱已成為一種必然趨勢。我們通過市場調查，結合本公司礦井條件，對當下比較先進的遠紅外線空氣加熱、回風源熱泵供熱兩種方案進行了比較，并在集團公司召開專題討論會，最終確定采取遠紅外線空氣加熱方案。

本系統所使用的遠紅外線是波長范圍為 4～1000 μm的電磁波，容易被有機物吸收，它本身并不是熱，而是在被物質吸收后變成熱，通過輻射傳遞為物質內部加熱。系統啟動后，遠紅外加熱管吸收電磁波，表面溫度可達 800～1000 度，使加熱管周圍15mm內分布的空氣分子產生振蕩，并在1～1.4s的時間內迅速升溫到80～210℃，然后與常態冷空氣混合后通過風機送到主井井口和副井井口，可向井下提供 70～80℃的熱風，使井筒溫度保持在5℃以上，確保井下設備設施的正常運轉。該系統對電能的利用率極高，能效比達到 2.8 以上，對節約能源、環境保護、安全生產將帶來新的條件和效益，已在內蒙古阿爾巴斯一礦、山西焦煤正興煤礦、西山官地礦安家溝風井等處安裝使用。接下來以安家溝風井為例，詳細分析該系統。

安家溝風井位于天龍山風景保護區，設計回風量不低于8000m3/min，進風量不低于6000m3/min，據山西省環保廳批復意見，項目供熱不得采用燃煤鍋爐，僅可采用燃油、燃氣、電等清潔能源方式，但結合現場實際情況，燃油、燃氣沒有合適的燃料源，而電鍋爐運行成本又極高，均不具備可行性。后經市場調研，確定選擇了揚州希德電氣公司的方案——在進風井安裝遠紅外線熱風輸送系統。這是集團公司首次采用該技術，立項、招標等手續完成后組織施工，于2013 年 8 月中旬開工，12月初完成安裝并投入運行，用時115天。

2 建設內容

①新建門式鋼結構廠房，長 24m，寬10m，建筑面積240m2。

②安裝 5 臺遠紅外熱風系統，其中 XDH-580kW 遠紅外熱風系統 3 臺，XDH-680kW 遠紅外熱風系統 2 臺。3臺運行，2臺備用，即冬季采暖運行 3 臺機組（其中 2 臺用于井下供暖，1 臺用于地面辦公區供暖），備用 2臺。主要設備選型如下表：

3 設計技術指標

要求在冬季環境溫度-25℃、進風量 6000 m3/min的情況下，進風井進口熱風溫度達到 80℃以上，井下溫度達到 5℃以上。

4 投資情況

本項目總投資 388 萬元，其中設備購置及安裝 330 萬元（含配套熱風管網 70 萬元），土建 58 萬元。

4.1 運行成本分析

按照 6kV 開關柜電表讀數計算，2013-2016 年度采暖季實際用電量及費用如下表：

4.2 運行效果

通過觀察，該系統在2013 年至 2016 年采暖季供熱效果良好，能夠滿足井下供熱要求，實際進風井口溫度達到 80℃以上，井下溫度達到 6℃～10℃，完全滿足《煤礦安全規程》要求。

4.3 與傳統燃煤鍋爐對比分析

安家溝風井項目風井供熱初步設計為安裝 4 臺 3T 熱風爐，概算投資 646 萬元，其中熱風爐 195 萬元，水泵、熱風管等 73萬元，動力配電 84 萬元，土建（400 m2廠房）94 萬元，配套布袋除塵器、脫硫器等環保設施約 200 萬元。運行費用約 170 萬元/年，其中燃煤費用 90 萬元（參考同類型風井燃煤量 3000 噸、按 300 元/噸計算），鍋爐維護維修費用40 萬元，環保藥劑投入 10 萬元，人工成本 15 萬元，電費及其他 15 萬元。

經比較，采用遠紅外熱風輸送系統比燃煤鍋爐在投資方面可減少 258 萬元，運行費用每年可節省約 120 萬元。

4.4 存在不足及建議

4.4.1 優化設備選型

目前項目安裝 5 臺遠紅外設備，采暖期僅運行 2 臺、長期備用 3 臺。建議在今后項目中，按照風井初期和后期進風量，分期配置設備能力和臺數，降低初期投資。

4.4.2 遠紅外熱風不適用建筑物采暖

我們在風井值班室及工作房也敷設了熱風管路，利用鼓風機輸送熱風，但實踐中，值班人員僅使用空調即可滿足日常采暖需求，新安裝的熱風輸送系統未能發揮作用。建議在今后項目中，如果井筒采用遠紅外熱風輸送方式，值班室和工作房采暖利用空調或電暖氣供熱即可。

5 總體評價

安家溝風井是集團公司首次采用遠紅外供熱技術，目前已運行近 4 個采暖季，對該總體方案做出如下評價：

①初期投資少，熱效率高，節能環保，性能穩定，實現了無人值守。

②系統配套自控系統，可遠程監控熱風爐的運行參數，并根據環境溫度及風量自動調整功率檔位，有效降低能耗，節約運行費用。

③運行成本低，2013 年 12 月運行至 2017 年 1 月底累計耗電 306 萬度，平均每個采暖季用電費用約 45 萬元。

④維護費用極低，實際使用四年內無任何維護。

通過以上分析，以及2017 年 2 月 9 日集團公司專題會議討論，一致認為該系統在燃煤熱風爐替代方面具有良好的示范性，從長遠考慮，具有一定的經濟、環境和社會效益，下一步計劃在西曲、東曲、鎮城底礦推廣，也值得其他礦井借鑒應用。

【參考文獻】

【1】李興.列管式換熱器參數化設計及單管性能試驗研究[D].長春：吉林大學，2016.endprint