洗煤車間空氣環(huán)境控制節(jié)能方案設計

張立敏，牛永勝

（1.冀中能源股份有限公司，河北 邢臺 054000；2.華北科技學院，河北 燕郊 101601）

0 引 言

東龐礦選煤廠1985年建成投產(chǎn)，建礦30多年來，原煤入洗能力由1985年的180萬t，提升為450萬t。選煤廠主廠房原設計采用自然通風降溫方式，隨著國家環(huán)保治理力度的加大，現(xiàn)有洗煤廠主廠房要求全部封閉，封閉后廠房無法實現(xiàn)自然通風，車間內(nèi)空氣質(zhì)量下降很多，尤其夏季的到來，車間內(nèi)溫度高、濕度大，加之洗煤藥劑產(chǎn)生的揮發(fā)物，導致工人健康受到很大威脅，為此需進行廠房通風改造，為生產(chǎn)創(chuàng)造安全舒適的空氣環(huán)境。

1 洗煤車間通風現(xiàn)狀

東龐礦選煤廠主廠房空間大，東西長98 m，南北寬28 m（圖1），通風困難，同時內(nèi)部空間根據(jù)設備情況不同，分4～8層設計，1～8軸線廠房為4層，8～15軸線為8層設計，設備布置緊密，其中4～5層設備最多，在夏季高溫天氣，廠房中設備運轉(zhuǎn)會產(chǎn)生大量熱和濕。

圖1 洗煤車間平面示意Fig.1 Plane diagram of coal washing workshop

根據(jù)當前河北省環(huán)保的規(guī)定，為了防止車間粉塵及有害氣體外排對環(huán)境造成污染，生產(chǎn)車間要求全封閉，車間原有的開窗通風方式無法實現(xiàn)，導致整個空氣環(huán)境極差，尤其夏季車間高溫高濕，工人健康受到嚴重威脅，因此進行通風改造。

2 洗煤車間空氣環(huán)境控制目標及原則

設計研究目標是改善選煤廠主廠房室內(nèi)生產(chǎn)空氣質(zhì)量，夏季消除洗煤車間高熱、高濕狀況，冬季保證供熱，同時全年引入新風、排出車間污濁空氣。

在當前我國環(huán)保及雙碳目標形勢下，提出以下原則。

（1）節(jié)能方面。洗煤廠生產(chǎn)車間空間變化大，實現(xiàn)全車間降溫除濕能源消耗太大，因此考慮采用重點區(qū)域局部崗位送冷風、污染物分區(qū)控制等技術相結合實現(xiàn)在最小能耗的情況下改善廠房熱濕環(huán)境，同時控制廠房內(nèi)污染物排放。以熱管技術回收車間排風冷熱量降低能耗，同時引入新風排出室內(nèi)污染空氣。采用熱泵技術回收利用選煤廠選煤補水的天然冷熱源，東龐洗煤廠補水冬夏季溫度變化不大，作為熱泵冷熱源，對于提高空調(diào)制冷的熱效率有極大的優(yōu)勢。

（2）環(huán)保方面。采用污染物分區(qū)控制，重點針對廠房內(nèi)4層車間，洗煤藥劑污染物發(fā)生的部位和規(guī)律性，有針對性地設置新風系統(tǒng)，快速引入新風同時排出車間污染的空氣。

3 洗煤車間空氣環(huán)境控制工藝

考慮到選煤廠主廠房空間大，結構變化大，采用對整改車間的溫濕度及空氣質(zhì)量控制，能源消耗太大，同時現(xiàn)在洗煤車間洗選設備基本實現(xiàn)了全自動運行，因此整改車間空氣進行溫濕度和空氣質(zhì)量控制沒有必要。設計根據(jù)廠房特點，采用重點區(qū)域崗位送風，污染源重點通風的方式控制洗煤車間空氣質(zhì)量，同時最大限度地實現(xiàn)節(jié)能降耗。

采用選煤車間循環(huán)水作為熱泵冷熱源，夏季熱泵系統(tǒng)向洗煤車間循環(huán)及補水池放熱，冬季熱泵系統(tǒng)從洗煤車間循環(huán)及補水池取熱熱，車間內(nèi)通過風機盤管、射流機組對車間進行冬季供熱、夏季降溫，控制廠房溫度和濕度（圖2）。

圖2 洗煤車間空氣質(zhì)量控制工藝示意Fig.2 Air quality control process principle of coal washing workshop

由于洗煤生產(chǎn)的特殊性，車間內(nèi)溫度高，濕度大，因此末端崗位送風設備根據(jù)室內(nèi)和室外溫度情況，部分末端設備直接處理室外新風送入室內(nèi)，重點內(nèi)部區(qū)域直接處理室內(nèi)空氣送到崗位。

洗煤廠浮選車間，由于使用輕質(zhì)柴油等選項藥劑，是洗煤車間的主要污染區(qū)域，對該區(qū)域?qū)ｉT設計了獨立的送排風系統(tǒng)，同時采用熱管技術實現(xiàn)送排風余熱回收。

4 洗煤車間溫濕度控制設計

基于洗煤車間的特殊空間結構和工藝特點，加之環(huán)保要求車間封閉，因此設計對洗煤車間的溫濕度控制，主要采用崗位送風的方法，通過射流機組和風機盤管將處理后的空氣送到工人工作區(qū)域。

夏季車間內(nèi)空氣溫度濕度大部分高于室外溫濕度，根據(jù)車間時間溫度和濕度分布情況，部分設備直接處理室外空氣崗位送入室內(nèi)，冬季斷開連接管道，處理室內(nèi)空氣，設備布置及新風量見表1。

表1 局部降溫點級新風量統(tǒng)計Table 1 Statistics of local cooling point level fresh air volume

室內(nèi)末端設備安裝示意如圖3所示。

圖3 室內(nèi)末端設備安裝示意Fig.3 Indoor terminal equipment installation

5 洗煤車間空氣質(zhì)量控制設計

由于洗煤車間要求封閉，因此新風的引入主要通過設備引入和1層車間4個大門引入，考慮到4層浮選車間藥劑污染，設計了獨立的送排風系統(tǒng)，如圖4所示。兩側(cè)布置的送風口采用球形噴口射流直接到達工作區(qū)，上部百葉排放口直接將污濁空氣排出，夏季直接送入新風，冬季采用熱管換熱器進行熱回收，設備原理如圖5所示。

圖4 洗選車間送排風布置示意Fig.4 Air supply and exhaust layout of washing workshop

圖5 熱管熱回收新風設備設計Fig.5 Heat pipe heat recovery fresh air equipment design

6 效益分析

6.1 項目投資

該項目采用崗位送風局部降溫、重點污染區(qū)域通風控制，從總體設計上降低了投資。

該系統(tǒng)由洗煤循環(huán)水取水系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、室內(nèi)崗位送風末端系統(tǒng)、新風系統(tǒng)、污染區(qū)域獨立送排風系統(tǒng)及相應的供電及電氣系統(tǒng)、自動化控制其它附屬配套設施工程構成，項目總投資估算168萬元。

6.2 與傳統(tǒng)洗煤車間空氣質(zhì)量投資對比

如果采用傳統(tǒng)空調(diào)降溫除濕、供熱及新風方式，東龐礦洗煤車間約需要滿足13 000 m2夏季除濕降溫、冬季供熱，還有為車間提供至少7.2萬m3/h新風量，投資估算見表2。

表2 傳統(tǒng)方式投資估算Table 2 Traditional investment estimation

6.3 經(jīng)濟效益

和傳統(tǒng)設計相比，該技術節(jié)約投資300萬元，同時，該系統(tǒng)采用熱泵系統(tǒng)回收洗煤循環(huán)水中冷熱源，熱泵系統(tǒng)是一種有效的節(jié)能手段，可以降低一次能源的消耗。有研究表明，電動熱泵的制熱系數(shù)大于3，從能源利用方面看熱泵就會比熱效率為80%的區(qū)域鍋爐房用能節(jié)省。而該系統(tǒng)回收的熱源溫度高，熱泵的制熱系數(shù)遠大于3，因此運行費用更加節(jié)約。

7 結 論

（1）項目為改善洗煤廠生產(chǎn)車間高熱、高濕、空氣質(zhì)量差的生產(chǎn)環(huán)境，采用熱管換熱技術、熱泵技術、局部通風技術、流體控制技術、潔凈通風技術、污染物治理等技術手段實現(xiàn)了為全車間四季送新風、降溫除濕、供熱的目標。

（2）該系統(tǒng)采用熱泵技術夏季降溫、冬季供熱，采用熱管技術實現(xiàn)新風熱回收，熱泵可以根據(jù)室外溫度節(jié)能運行，室外溫低于室內(nèi)溫度時熱泵停止運行，末端新風系統(tǒng)引入室外新風，室外溫度高于室內(nèi)溫度時回收利用洗煤廠洗煤水的天然冷熱源，為車間實現(xiàn)了夏季降溫，春秋直接供室外新風，冬季送熱風，四季新風恒溫。

（3）采用局部崗位送風，將新風送入工人工作區(qū)域，采用污染物分區(qū)控制技術重點解決洗選藥劑對空氣的污染，排出污染乏風引入新風，結合流體控制技術實現(xiàn)在最小能耗的情況下改善車間熱濕環(huán)境。

該系統(tǒng)改善了職工的生存環(huán)境，保障了職工的健康，同時系統(tǒng)環(huán)保節(jié)能，符合我國“碳達峰、碳中和”的戰(zhàn)略目標。