摘要:本文主要介紹冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)云駕嶺煤礦利用水源熱泵技術(shù)，以云寧矸石熱電電廠循環(huán)冷卻水和該礦礦井水為熱(冷)源，通過(guò)高溫?zé)岜脵C(jī)組和普通低溫?zé)岜脵C(jī)組優(yōu)化組合，實(shí)施該礦集中供熱系統(tǒng)改造和中央空調(diào)工程以及項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的技術(shù)創(chuàng)新和項(xiàng)目實(shí)施后的節(jié)能減排效果等。

關(guān)鍵詞:水源熱泵 優(yōu)化組合 技術(shù)創(chuàng)新 節(jié)能減排

0 引言

水(地)源熱泵系統(tǒng)作為一項(xiàng)高效、節(jié)能，有利于環(huán)境保護(hù)和資源可持續(xù)發(fā)展的新型空調(diào)冷、熱源技術(shù)，經(jīng)過(guò)近幾年來(lái)的實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)新發(fā)展，技術(shù)已日臻成熟。它以可再生能源——淺層低溫地能(包括地表土壤、淺層地下水或河流、湖泊中吸收太陽(yáng)能、地?zé)崮艿忍N(yùn)藏的低品位熱能)為熱(冷)源，通過(guò)熱泵系統(tǒng)(輸入少量的高品位能源——電能)，實(shí)現(xiàn)低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)化;冬季將低溫地能中的低品位熱能進(jìn)行提升，向建筑物供暖，夏季將室內(nèi)的熱量釋放到低溫地能中去，向建筑物供冷，還可以常年提供衛(wèi)生熱水等，其能效比可以達(dá)到3.5或更高;具有較使用常規(guī)能源節(jié)能、環(huán)保、資源再利用、清潔安全、性能穩(wěn)定、運(yùn)行靈活等優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景十分廣闊。

煤礦工業(yè)廣場(chǎng)地面建筑(辦公樓、生產(chǎn)系統(tǒng)、職工宿舍、食堂等)的供暖、井筒防凍及職工浴室洗澡熱水需要消耗大量的熱能，傳統(tǒng)做法是通過(guò)燃煤鍋爐提供熱源以滿足上述要求。這樣，不僅消耗大量煤炭，而且煤炭燃燒時(shí)排放大量污染物還會(huì)造成環(huán)境污染。

煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，往往有大量的礦井涌水從井底水倉(cāng)不斷地排到地面，礦井排水水溫一年四季變化不大，一般在18～20℃左右，其中蘊(yùn)含大量的低溫?zé)崮?另外許多煤礦建設(shè)了各類坑口電廠(燃煤坑口電廠，煤矸石、煤泥等各類資源綜合利用電廠)，多采用凝汽式或抽凝式機(jī)汽輪機(jī)組，凝汽器冷卻循環(huán)水溫度一般在20～40℃之間，且水量很大，內(nèi)中蘊(yùn)含的大量低溫?zé)崮?，往往通過(guò)冷卻塔冷卻，直接散失到大氣中去，很少得到再次利用。

利用水源熱泵技術(shù)將上述以前不能利用的低品位低溫?zé)崮芗右曰厥?，轉(zhuǎn)化為高品位的高溫?zé)崮?，用于煤礦工業(yè)廣場(chǎng)地面建筑采暖、中央空調(diào)、井筒防凍及加熱職工浴室洗澡熱水，實(shí)現(xiàn)煤礦不燃煤，取消燃煤鍋爐，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)污染物零排放，符合國(guó)家節(jié)能減排政策，具有良好的應(yīng)用前景。

1 工程概況

云駕嶺煤礦利用水源熱泵技術(shù)實(shí)施該礦集中供熱系統(tǒng)改造及中央空調(diào)工程于2009年7月中旬開(kāi)工，2009年11月底投運(yùn)，截至目前，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，供熱效果良好，節(jié)能減排效果顯著。

1.1 項(xiàng)目供熱范圍及熱負(fù)荷

1.1.1 工業(yè)廣場(chǎng)地面建筑，總采暖建筑面積60000m2，其中38000m2為普通暖氣片采暖，22000m2為風(fēng)機(jī)盤管中央空調(diào)系統(tǒng)。冬季供熱負(fù)荷為3.6MW左右，夏季冷負(fù)荷為2.53MW左右。

1.1.2 礦井井筒保溫供熱，其中副井進(jìn)風(fēng)為6000m3/min，主井進(jìn)風(fēng)為1000m3/min。總供熱負(fù)荷為2.8MW左右。

1.1.3 職工浴室洗浴熱水加熱供熱，加熱水量為200m3/班，每天3班。加熱負(fù)荷為1.56MW~2.03MW(按每班加熱4小時(shí)計(jì))。

1.2 項(xiàng)目實(shí)施方案 該項(xiàng)目以邯礦集團(tuán)云寧矸石熱電廠(與該礦僅一墻之隔，裝備兩臺(tái)50MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組)循環(huán)冷卻水和該礦豐富的礦井排水(400~600m3/h)為熱泵系統(tǒng)熱(冷)源水，結(jié)合該礦供熱現(xiàn)狀，采用高溫?zé)岜脵C(jī)組和普通低溫?zé)岜脵C(jī)組優(yōu)化組合，配以PLC智能控制系統(tǒng)，回收電廠冷卻水和礦井排水中蘊(yùn)含的低品位熱能，為云駕嶺煤礦工業(yè)廣場(chǎng)地面建筑冬季供暖(夏季制冷)、井筒防凍及提供洗浴熱水。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)選用了四套YSSR1200B/2型渦旋式高溫水源熱泵機(jī)組(制熱功率1204KW，出水溫度70~75℃)和六套HE640型渦旋式常規(guī)低溫水源熱泵機(jī)組(制熱功率652KW，制冷功率580KW，出水溫度60℃左右)。高溫機(jī)組有兩套用于普通暖氣供熱(系統(tǒng)末端為普通暖氣片)，另兩套用于職工洗浴熱水加熱(循環(huán)加熱)，極端情況下浴水加熱機(jī)組可以臨時(shí)切換到普通暖氣供熱系統(tǒng)，以增加暖氣系統(tǒng)供熱能力;六套低溫?zé)岜脵C(jī)組用于中央空調(diào)系統(tǒng)和井口防凍供熱系統(tǒng)，中央空調(diào)系統(tǒng)末端采用風(fēng)機(jī)盤管，井口防凍供熱末端采用低溫?zé)崴涂諝饧訜崞鳌?/p>

冬季供熱以云寧電廠循環(huán)冷卻水為水源熱泵熱源水。循環(huán)冷卻水從凝汽器出口接出，由管道泵加壓后，經(jīng)過(guò)全自動(dòng)過(guò)濾器先進(jìn)入高溫水源熱泵機(jī)組，經(jīng)高溫?zé)岜脵C(jī)組取熱后再進(jìn)入低溫?zé)岜脵C(jī)組，經(jīng)低溫?zé)岜脵C(jī)組二次取熱后進(jìn)入冷卻塔。該方案可以大溫差(8~15℃)提取電廠冷卻水中的低品位熱能，減少冷卻水流量，降低運(yùn)行電耗。

夏季空調(diào)以礦井排水為水源熱泵機(jī)組提供冷源，以空調(diào)機(jī)組的礦井回水作為洗浴水加熱機(jī)組的熱源水。礦井水經(jīng)過(guò)旋流除砂器和全自動(dòng)過(guò)濾器后先進(jìn)入空調(diào)用水源熱泵機(jī)組，由空調(diào)機(jī)組排出后再進(jìn)入洗浴水加熱機(jī)組，提取熱量后排至礦井水儲(chǔ)水池，作為云寧電廠工業(yè)水補(bǔ)充水。該方案利用洗浴水加熱機(jī)組回收空調(diào)機(jī)組冷凝熱，減少礦井水溫升，利于礦井水再利用。

過(guò)渡季節(jié)只有洗浴熱水加熱機(jī)組運(yùn)行，以云寧電廠循環(huán)冷卻水為水源熱泵熱源水。循環(huán)冷卻水經(jīng)洗浴水加熱高溫?zé)岜脵C(jī)組取熱后直接進(jìn)入冷卻塔。

1.3 項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新之處

1.3.1 采用了電廠冷卻水、礦井水雙水源熱泵系統(tǒng)。提出了高溫?zé)岜脵C(jī)組和普通低溫?zé)岜脵C(jī)組優(yōu)化組合運(yùn)行技術(shù)方案，既能為冬季供暖、井筒防凍及洗浴熱水提供熱源，又能為夏季空調(diào)提供冷源。

1.3.2 與中國(guó)礦大北京中關(guān)村能源與安全科技園開(kāi)發(fā)利用了高溫型水源熱泵機(jī)組，適合電廠冷卻水20～50℃的溫度變化范圍，機(jī)組輸出水溫可達(dá)70～75℃，COP值制熱工況下平均不小于4.5。

1.3.3 采用高溫?zé)岜脵C(jī)組串聯(lián)運(yùn)行方式，提高供暖循環(huán)水溫差，在不改變?cè)泄┡到y(tǒng)的前提下為原有散熱器系統(tǒng)(暖氣片)供暖，節(jié)約系統(tǒng)改造投資。

1.3.4 與中國(guó)礦大北京中關(guān)村能源與安全科技園開(kāi)發(fā)利用了低噪音防凍型井筒防凍空氣加熱器。在環(huán)境極限溫度-15℃、熱源溫度45℃時(shí)空氣加熱器正常工作，解決了井筒防凍空氣加熱器自身防凍及防塵問(wèn)題。

1.3.5 熱泵機(jī)組選用進(jìn)口全封閉渦旋式壓縮機(jī)，噪音低，效率高，免維護(hù);采用環(huán)保型工質(zhì)，無(wú)毒、無(wú)污染，不破壞大氣臭氧層。

1.3.6 采用了電廠冷卻水、礦井水雙水源熱泵PLC綜合智能控制系統(tǒng)和漢顯觸摸屏顯示系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)環(huán)境溫度的變化、自動(dòng)控制熱泵系統(tǒng)的制熱、制冷量，達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能;實(shí)現(xiàn)不同季節(jié)、不同運(yùn)行工況下雙水源自動(dòng)切換和分配。

1.3.7 采用了夏季制冷時(shí)空調(diào)熱泵機(jī)組冷凝熱回收用于加熱洗浴熱水的技術(shù)方案。

1.4 項(xiàng)目節(jié)能減排效果 項(xiàng)目實(shí)施后，與項(xiàng)目實(shí)施以前相比，預(yù)計(jì)每年可減少煤炭消耗約5192t，減少CO2排放13500t左右， 減少SO2排放156t左右。

2 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目的實(shí)施及近一年的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為煤礦礦井排水及坑口電廠循環(huán)冷卻水中所蘊(yùn)含的大量低品位熱能的再利用和煤礦節(jié)能減排開(kāi)辟了一條新的途徑，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

作者簡(jiǎn)介:

張永新(1966-)，男，山東諸城人，水暖工程師，冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)設(shè)計(jì)工程部副主任工程師。