關于礦井新能源綜合利用（二期工程）技術研究與應用的探討

苑雪燕

（臨礦集團株柏煤礦，山東 臨沂 276211）

1 課題研究意義

株柏煤礦新能源利用一期工程建設完成后，對未覆蓋的職工宿舍、辦公區、食堂等地點通過空調制熱采暖，主要存在以下問題。

（1）制熱效果受室外環境溫度制約?？照{制熱受冷媒限制，在室外環境溫度低于10℃時，外機將會出現結霜，溫度越低結霜越多，空調制熱效果也就越差甚至停止工作。

（2）設備陳舊老化，故障率高。由于各地點配備空調多從老礦區移機到新礦區，使用時間長且經過二次拆裝，不制熱（冷）、制熱（冷）不明顯的故障比較普遍，維護費用高、維修效果不明顯。

同時，采取有效的供暖措施，為職工創造適宜的辦公生活條件，是保障職工身體健康基礎，也是保證礦井安全生產和提高經濟效益的基礎，因此，推動新能源利用二期工程建設是礦井保持安全穩定、促進礦井發展的必要條件。

2 課題研究理論依據

新能源一期工程自投用以來，整體系統運轉良好，在環保方面及節能創效方面效果顯著。在對新能源系統的實際操作與研究的過程中，鍛煉了一批操作技術數量的班組長與維護人員，為二期工程的研究奠定了堅實的理論基礎。

3 課題研究目標

我國的工礦企業熱能轉換設備及用能設備在生產過程中產生了大量的熱廢水等低品位能源，利用太陽能及余熱回收利用技術將這些低品位能源進行回收利用，用于提供工業熱水、生活熱水或為居民供暖，不僅可以減少企業污染的排放，還可以大大降低工業企業原有能源的消耗。

研究課題主要目標是實現以下功能：（1）利用先進的加熱技術先進，中端采用GSY 高碳分子發熱油供熱機組加熱系統，將低溫水加熱為高溫水。（2）保留原有的暖氣片，利用新能源與現有的安裝好的暖氣片相結合，不再新添加風機盤管，節約投資。

4 課題研究主要內容

項目的主要研究內容：

（1）供熱負荷及現場狀況二期工程增加職工宿舍區、食堂、辦公區，共計5371 ㎡。

（2）進一步充分利用淺井水熱源，作為新能源系統的主要供熱源。

株柏煤礦礦區內地下水較為豐富，地下水的水位為地面以下7 ～8m，水溫約為15℃，每口井的水量為20m3/h，打井費用低廉，無需鋪設長距離管道，原井水提取溫差約為10℃，該方式可提供45 ～55℃熱水。

（3）研究采用新型GSY 高碳分子發熱油供熱機組作為新能源熱水二次加熱的主要設備。

前期株柏煤礦對GSY 高碳分子發熱油新型供熱機組進行了考察。該機組工作原理是在電加熱激活的作用下沖擊運動產生相變能量，現場兩次實測制熱效率效為1.15、1.45（即輸入1kW·h 電能可產生1.15 ～1.45kW 熱量）。該設備工作原理簡單、易于控制、運行穩定，運行效率不受環境影響，可實現長時間免維護運行，各項優勢比較突出。同時，象能GSY 供熱機組通過電力驅動，在加熱激活高碳分子發熱油過程中無燃燒，因此不產生CO2、無廢氣排放及機組運行的噪音。機組出水溫度可在40 ～85℃內任意調節，可提供暖用的高溫熱水。

5 課題研究方法

本課題的研究采用理論與實踐相結合的研究方法。對國內有關新能源利用的理論及相關經驗深入學習；結合當前國內外最新的發展成果，對新能源的供熱方式及熱油機組的供熱方式進行研究；在一期的基礎上對現有的二期工程進行研究。

6 課題研究主要過程：GSY 熱油機組的研究

采用GSY 高碳分子發熱油在電加熱激活的作用下沖擊運動產生相變能量，采暖每平米按30 ～50W 電功率進行設計，采暖能效可達230%以上。全年運行穩定，不受環境影響。工作比較穩定，效率較高。

象能GSY 供熱機組通過電力驅動，因此不會產生CO2，同時，在加熱激活高碳分子發熱油過程中，沒有燃燒加熱的過程，因此沒有燃燒廢氣的排放，并且機組運行無噪音，工作方式比較環保。

在額定條件下，象能GSY 供熱機組在消耗1kW/h 電力的情況下，就能提供2.3kW/h 以上的有效熱量。意味著2/3 以上的熱量是免費的，大面積供暖領域節能效果更為突出。

（1）技術先進。運行模式：以加熱高分子油實現制熱水供暖需求；屏幕顯示：LCD、密碼鎖機及水位顯示等；熱水溫度設定：范圍：10 ～90℃；默認熱水溫度值為50℃（90℃以下可調節）；定時設定：能實現多段定時開機、關機功能；智能控制：采用全自動程序控制系統形成無須專人值守的“智能化”的操作。象能機組具有安全、能效高的特點。運行穩定使用壽命長：機組故障率極低，運行能效不受氣候條件影響，四季制熱效率保持不變，使用壽命15年以上。

（2）供暖水源及供暖方式的研究。

①株柏煤礦地理位置的優越性，礦區具有豐富地下水，地下水的水位為7 ～8m，水溫溫度為16.5℃，每口井的水量為24m3/h，按照可提取溫差為10℃計算，可提取的負荷如下：Q=4.18×24m3×1000×10÷3600=278kW。

該熱源可利用分析：該地區地下水豐富，打井費用低廉，無須鋪設長距離管道，不存在企地關系協調問題，因此，可以利用。需要注意打井及回灌的方式，不能造成水資源浪費和污染。在停車場處打5 眼井作為回水用井，在單身宿舍樓北側打2 眼井作為出水井。

②為充分利用職工宿舍已經安裝完畢的暖氣片，在雙面樓處安裝兩臺GSY 熱油機組，用以對新能源熱水（55 度）進行二次加熱（90 度），增加了供熱效率保證了供暖質量。

（3）系統構建方案研究。食堂、辦公區用熱終端安裝風機盤管，直接用水源熱泵機組提供中溫水供熱；職工宿舍區用熱終端使用已安裝的暖氣片，熱源使用GSY 供熱機組二次加熱后的高溫水。

①在新能源機房預留基礎處安裝一臺水源熱泵機組及換熱器等附件，通過預留管道接至食堂、辦公區及職工宿舍區附近；

②在辦公區、食堂用熱終端安裝風機盤管；

③在職工宿舍區附近安裝GSY 供熱機組，機組二次加熱后的高溫水管直接與職工宿舍區總管相連。

7 課題研究成果

項目于2018年9月全部施工完成，在工區值班室、招待所、辦公樓、職工宿舍安裝新能源供熱裝置另在新能源泵房新安裝一臺水源熱泵。為充分利用職工宿舍已經安裝完畢的暖氣片，在雙面樓處安裝兩臺GSY 熱油機組，用以對新能源熱水（55 度）進行二次加熱（90 度），增加了供熱效率保證了供暖質量。

二期系統整個滿足優先使用太陽能及壓風機余熱的設計原則，并可按照峰谷電價設定運行時段，即在用電低谷段運行該系統，用電峰段除循環水泵運行其它設備不再運行，實現峰谷時段設備運行自動調節的功能。

采用PLC 動態界面控制，滿足自動運行、無人值守的功能要求。

經過測算，在滿足所有地點供暖制冷效果的前提下，相比傳統的電空調，每年可節約電費約8.72 萬元。

另因為新能源工程符合國家稅收加計扣除政策，預計可抵扣85 萬元以上的稅收，間接為工礦創造了經濟效益。

8 結語

該項目具有零污染、投資少、見效快等優點，采用集中控制，技術門檻低，方便維護，采用新能源技術與原有的暖氣片散熱系統相結合的技術，節省大量投資。工業余熱、地熱和太陽能資源在工礦企業中的存在十分廣泛，加以利用將十分具有前景。對于采光良好和生產過程中產生大量余熱以及供暖系統改造困難的其他企業也具有很好的借鑒意義。