新時期水源熱泵技術在煤礦中的綜合運用研究

兗州煤業鄂爾多斯能化有限公司 內蒙古 鄂爾多斯 017000

1 引言

煤炭地下工程的開采過程中，常會伴隨著對地下礦井水的治理工作，這項工作不僅耗費了大量的人力物力成本，也在煤炭開采的過程中造成了較多的安全、技術阻礙等方面的困擾，水源熱泵技術的誕生，有效的將原本沒有任何使用價值的礦井水利用為地表范圍內的取暖降溫，也可以將水源作為工業用水充分利用，極大的體現出了礦井水的應用價值，是一項重要的高效能源技術。

2 地下水水源熱泵技術的發展現狀

隨著地下水源熱泵系統首次在美國的實驗獲得成功之后，地下水水源熱泵的應用不斷受到各個國家的重視和探索發展，雖然我國在該項技術的引入和發展的時間較短，但是國內一些專家研究人員非常重視這些技術的應用，我國通過與美國的相關部們建立項目共同開發的相關協議，使得我國擁有了北京、寧波、廣州三個地方的水源熱泵的發展示范點，在寒冷、溫暖、溫差大的三個代表性區域，通過不斷的研究探索，使水源熱泵的技術不斷發展。

3 水源熱泵基本原理

礦井水源熱泵基本原理是利用穩定的熱源介質的熱交換原理，將夏季地表高溫通過水源帶走，降低目標文都改善點的熱度；將冬季水源中的熱量釋放到目標溫度改善地點，一定程度上提高建筑物的具體設施中從而達到升溫的目的。一般來說，水源熱泵工作中相關設備消耗的能量會帶來遠高于其總量四倍的能量，極大的改善了能量的利用率。

4 水源熱泵技術應用案例分析

以內蒙古某煤礦的水源熱泵技術應用作為分析案例，水源熱泵技術使利用提取礦井水中的熱量來供熱的作為穩定熱源。內蒙古某煤礦礦井水非持續排放，每天3300-3500m3/h，排水量141.7t/h，冬季排水溫度17℃。原生態涌水含有大量的煤石泥沙顆粒物，各種氯化物鹽類與強腐蝕性硫酸根離子，各種微生物、菌類與粘性油性物質。內蒙古某煤礦礦井排水余熱計算：

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

式中，Qm—煤礦井下排水最大余熱量(kW)；

Wmax—24小時平均排水量(141.7t/h)；

ΔTm—最大取熱溫差(12℃)。

內蒙古某煤礦礦井水非持續排放，排水量350t/h，冬季排水溫度17℃。原生態涌水含有大量的煤石泥沙顆粒物，各種氯化物鹽類與強腐蝕性硫酸根離子，各種微生物、菌類與粘性油性物質。

后期內蒙古某煤礦礦井排水余熱計算：

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

式中，Qm—煤礦井下排水最大余熱量(kW)；

Wmax—24小時平均排水量(350t/h)；

ΔTm—最大取熱溫差(12℃)。

根據煤礦礦井水中的熱量資源情況，其熱量規模、連續性、穩定性等指標完全滿足該場地供暖熱水供熱的需求，我們規劃采用煤礦礦井水中的熱量作為供暖熱水的第一熱源，供熱水參數＞50℃。采用采用煤礦礦井水中的熱量解決供暖熱水的需求。通過對比直接燃燒鍋爐費用與利用乏風余熱以及壓風機余熱水源熱泵技術總費用，闡明水源熱泵的優勢。

(1)燃燒鍋爐計劃供暖天數160天，鍋爐的利用率為60%。

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

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

按照碳單價170元/噸計算，總成本243.1萬元，再加上人工費等其他費用，總計252.5萬元。

(2)水源熱泵供暖。涌水熱泵供熱系統利用煤礦的水源熱泵系統運行1臺熱泵機組，供熱量為1647KW，1臺熱水加熱循環泵，全年運行365天，每天運行3.51h，電耗如下：(428+15+11+5.5)×365×3.51h×90%=52.98萬KWh

浴室供水泵耗電量為15KW，全年運行360天，每天運行10h，平均負荷系數為0.9，電耗如下：15×360×10h×0.9=4.8萬KWh

洗浴熱供熱系統總電耗：(8.3+52.98+4.8)=66萬KWH

①主要費用。按當地平均電價計算0.7元/kWh計算，營盤壕煤礦綠色能源供熱系統電能消耗費用為：電費：66*0.7=46.2萬元；

②其他費用。綠色能源供熱系統運行管理人員需配置約3人，年人工資福利按5萬元計算，其管理費用約15萬元；系統設備年維護保養費用根據以往工程經驗，該系統年運行保養費用3萬元。

水源熱泵供暖費用：64.2萬元；

費用對比如表1所示：

表1 運行費用對比

由表1可知，燃煤鍋爐供熱產生的費用大約是水源熱泵技術產熱總費用的四倍，水源鍋爐產生了較好的能源節約特性。

5 結語

水源熱泵無疑是一種高效的、變廢為寶的礦進水開發利用技術，這種技術具有節能、環保的諸多優勢。極大的改善了傳統鍋爐制暖以及空調制冷對環境污染以及能源消耗的種種弊端，是值得大力開發推廣的技術手段，但是這項技術也面臨著前期投入成本較多的影響，另外技術水平不完善也可能無法實現水源熱泵的高效的產能應用，所以在這項技術的應用中還需要不斷的完善相關不足之處。