礦井風井余熱清潔利用技術的應用

張 奇

（晉能控股裝備制造集團大同機電裝備有限公司 山西 大同 037000）

0 引言

根據相關環保要求，礦井進風立井冬季供暖要求取締燃煤熱風爐，進行礦井乏風余熱利用，實現礦井進風立井清潔能源供暖改造[1]。礦井風井余熱清潔利用技術研究涉及進風立井供暖、主通風機乏風取熱、進風立井通風、螺桿壓縮機余熱利用、瓦斯抽放泵循環水利用[2]、風井工業廣場車間布置多項內容。按照研究規劃，從系統設計、設備布局、設備穩裝、設備運行進行整體梳理，針對余熱清潔利用技術適用性進行了研究和部分功能改進[3]，對應冬季不同時間段環境氣溫，制定科學的運行方式，并進行了效果分析。

1 系統設計

圖1 系統結構示意圖

（1）一風井進風立井清潔能源供暖系統設計

高壓供電實現雙回路互為備用分列運行供電[4]；乏風取熱室防雷系統獨立設計、安裝；乏風取熱室、進風立井供熱室所有設備均采用防爆設備，確保供電安全；增加系統進線電纜進站設計；明確乏風取熱冷凝水、反沖洗水經管路排回井下水泵房，不得外排；16個反風風門由手動控制改為氣動自動控制；乏風取熱室進行防洪獨立設計；要求各類鋼結構均滿足通風、取暖、隔音等系列要求[5]。

（2）二風井進風立井清潔能源供暖系統設計

高壓供電實現雙回路互為備用分列運行供電；乏風取熱室、進風立井供熱室所有設備均采用防爆設備，確保供電安全；設立15臺螺桿壓縮機進行取熱，以滿足礦井通風困難需求[6]；明確乏風取熱冷凝水、反沖洗水經管路排回井下水泵房，不得外排；要求各類鋼結構均滿足通風、取暖、隔音等系列要求。

（3）三風井進風立井清潔能源供暖系統設計

高壓供電實現雙回路互為備用分列運行供電；乏風取熱室、進風立井供熱室所有設備均采用防爆設備，確保供電安全；供熱計算按照礦井通風困難期計算，乏風24 000 m3/min、進風23 100 m3/min；空壓機余熱回收機組管路設計進、回油管路直接油精罐出口與溫控閥三通入口，采用整管連接；氣路取熱管路不得安裝單向閥；取熱適度，不得造成螺桿機原冷卻風扇頻發啟動或過度冷卻；風道過長，加強保溫；在新風加熱后2 m與入井筒前2 m加兩處測溫孔，以便進行熱損耗對比；系統冷凝水、反沖洗水排入三風井工業廣場污水處理站。

2 設備布局及穩裝

圖2 設備布局及穩裝

（1）一風井進風立井清潔能源供熱車間系統安裝5套SMEET-FS-R-2550型直冷式乏風熱泵機組；制氮車間空壓機余熱取熱實現工業廣場建筑采暖。系統設計礦井回風10℃，風量17 600m3/min時取9 023.84 kW，供熱量13 195.75 kW。

（2）二風井進風立井清潔能源供熱車間系統設計回風余熱兩級取熱和制氮車間空壓機余熱、瓦斯抽放泵循環水余熱共同實現進風立井井口保溫和建筑采暖。系統設計礦井回風10℃，風量20 820 m3/min時，設計回風噴淋式一級換熱系統、乙二醇二級換熱系統可提取熱量7 053 kW，制氮車間按開啟8臺空壓機設計可提取熱量2 130 kW，瓦斯抽放泵循環水可提取熱量2 388 kW，總供熱量11 575 kW。

車間安裝1套WL-2400S/L型降膜式污水源熱泵機組實現車間供暖，安裝3套WL-2500S/L型降膜式污水源熱泵機組、空壓機余熱利用實現進風立井井口保溫供暖。

（3）三風井進風立井清潔能源供熱車間系統設計回風余熱低溫熱管取熱和制氮車間空壓機余熱、瓦斯抽放泵循環水余熱共同實現進風立井井口保溫和建筑采暖；系統設計礦井回風13.77℃，相對濕度85%，風量24 016 m3/min時，采用低溫熱管系統可提取熱量10 528 kW,配置四套空氣源熱泵系統可提取熱量996 kW；制氮車間按開啟4臺空壓機設計可提取熱量1 136 kW，瓦斯抽放泵循環水可提取熱量933 kW，配置空氣電加熱3 000 kW，瓦斯循環水電加熱200 kW；總供熱量16 793 kW。

系統安裝RGH/G-450熱管換熱器26套，AHTRQ-2014風道加熱器16臺，HE400MAB/Na-(E)低溫風冷冷（熱）水機組4套，BR0.8-80板式換熱器2套，LY-KY-400空壓機余熱回收機組8臺。

3 系統運行分析

礦井針對系統結構特點、各風井主通風機回風溫度、不同時間段用電負荷、礦井供電容量，制定科學的運行方案，確保系統運行節能、供電容量合理。

（1）風井工業廣場基本參數

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（2）一風井運行分析

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（3）二風井運行分析

（4）三風井運行分析

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按照《煤礦安全規程》相關要求，進風井口以下的空氣溫度必須在2℃以上，結合各風井所用取熱設備可提供功率進行計算，可對各環節溫度段進行選取，并明確投入設備數量。通過對三個風井運行進行分析，針對不同溫度段，所設計的對應設備運行可以滿足礦井進風供熱需求。

4 清潔能源供暖與燃煤熱風爐能耗對比

（1）一風井

一風井工業廣場原穩裝兩臺7.0 MW燃煤熱風爐用于進風立井供暖，穩裝一臺1.4 MW燃煤熱水鍋爐用于一風井工業廣場車間供暖，冬季極寒天氣不能滿足供暖要求。

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（2）二風井

二風井工業廣場原穩裝四臺5.6 MW燃煤熱風爐用于進風立井供暖，穩裝一臺4.2 MW燃煤熱水鍋爐用于二風井工業廣場車間供暖，冬季極寒天氣能滿足供暖要求。

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（3）三風井

三風井工業廣場原穩裝四臺5.6 MW燃煤熱風爐、432 kW電熱板用于進風立井供暖，穩裝一臺1.4 MW燃煤熱水鍋爐、3臺130 kW電鍋爐用于三風井工業廣場車間供暖，冬季極寒天氣不能滿足供暖要求。

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（4）三個風井清潔能源供暖能耗對比

按每個風井整個采暖季每分鐘加熱1萬立方米進風所需電能，進行三個風井清潔能源供暖能耗對比分析，一、二、三風井均能滿足供暖需求，且符合綠色、環保要求，較燃煤供暖方式相比，耗能費用節約了10%~16%，取得了較大的經濟效益，改善了作業環境。

5 總結

通過對對礦井進風立井冬季供暖進行改造，滿足了礦井風井供熱需求，改善了工作環境，節約了資金，降低了耗能，該系統操作簡便、方便維護，為礦井風井余熱清潔利用技術提供了可借鑒的實踐經驗。