亓玉棟,程衛(wèi)民，于巖斌，潘 剛

(1.山東科技大學(xué)山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266590；2.礦山熱動(dòng)力災(zāi)害與防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 阜新 123000；3.山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266590)

高溫礦井低品位余熱綜合利用技術(shù)研究

亓玉棟1,2,程衛(wèi)民3，于巖斌3，潘 剛3

(1.山東科技大學(xué)山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266590；2.礦山熱動(dòng)力災(zāi)害與防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 阜新 123000；3.山東科技大學(xué)礦山災(zāi)害預(yù)防控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266590)

本文基于對(duì)山東唐口礦井原冬季供暖系統(tǒng)、夏季降溫系統(tǒng)及礦井排水、洗浴排水與乏風(fēng)排放的研究，結(jié)合該礦實(shí)際，提出了高溫礦井各類低品位熱能的集成利用技術(shù)和系統(tǒng)。提出利用熱泵技術(shù)，冬季可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井排水、洗浴廢水、乏風(fēng)排放所含低品位熱能的回收利用，夏季可實(shí)現(xiàn)對(duì)降溫設(shè)備冷凝熱的回收；利用太陽(yáng)能集熱器，全年可實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的熱利用；同時(shí)該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井排水的凈化回用及乏風(fēng)的噴淋凈化，滿足礦井常年洗浴用熱及夏季降溫、冬季地面供暖及井口房風(fēng)流加熱的要求；實(shí)現(xiàn)各類低品位熱能的集成利用和礦區(qū)污水及礦塵的低排放，可取代傳統(tǒng)的地面鍋爐供熱，降低常規(guī)能源消耗和礦井用水抽采量。

余熱；高溫礦井；綜合利用；節(jié)能

煤炭是我國(guó)的主要能源，在一次能源構(gòu)成中約占70%[1]，煤炭企業(yè)作為能源生產(chǎn)單位同時(shí)消耗大量能源并排放大量的廢水、礦塵等。如表1為煤炭企業(yè)生產(chǎn)過程中消耗的部分資源，表2為煤炭企業(yè)排放的部分廢物，可以說(shuō)煤炭企業(yè)是一高能耗和高排放行業(yè)[2-4]。從礦井熱能利用角度考慮：冬季礦井排放的廢水、乏氣含有大量低品位熱能，夏季礦井降溫系統(tǒng)排放大量冷凝熱；冬季井口風(fēng)流預(yù)熱及地面洗浴中心常年消耗大量熱能(該熱能主要由地面燃煤鍋爐提供)，因此如何結(jié)合礦區(qū)各類耗能與低品位熱能排放特點(diǎn)，根據(jù)礦區(qū)輔助建筑物的布置，對(duì)各類低品位能量進(jìn)行綜合集成利用并對(duì)乏風(fēng)及排水進(jìn)行凈化處理，是建設(shè)綠色礦山與實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和低品位熱能合理利用的關(guān)鍵，本文以山東唐口礦井為例進(jìn)行礦井低品位熱能與礦井排水綜合利用方案的研究。

表2 煤礦企業(yè)部分排放物

1 唐口礦井原能量利用系統(tǒng)

唐口礦井地處魯西南地區(qū)，采深1000m，為一高溫礦井，礦井需風(fēng)量250m3/s?，F(xiàn)有職工3200余人，地面辦公建筑、機(jī)械加工車間及輔助用房2.5萬(wàn)m2，礦區(qū)職工公寓建筑面積10萬(wàn)m2。為治理礦井熱害，改善礦井熱濕環(huán)境，礦井采用冰制冷降溫系統(tǒng)；為改善地面辦公環(huán)境，地面辦公建筑及井口輔助用房均安設(shè)了中央空調(diào)；為保證冬季井口風(fēng)流溫度不低于2℃，冬季利用鍋爐作為熱源對(duì)井口風(fēng)流進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)向地面附屬建筑及職工公寓進(jìn)行供暖。該礦原采用的技術(shù)方案如下所示。

1.1 夏季降溫系統(tǒng)

礦井降溫采用冰冷卻空調(diào)系統(tǒng)，制冰用水采用約15℃深井水，經(jīng)兩級(jí)預(yù)冷機(jī)組串聯(lián)冷卻至5℃后進(jìn)入制冰機(jī)組制冰；地面采用中央空調(diào)，其降溫系統(tǒng)原理如圖1所示(作為示意，并聯(lián)設(shè)備圖中僅畫出一臺(tái))，主要設(shè)備參數(shù)見表3[5]。由該表可知，降溫系統(tǒng)全部投入運(yùn)行時(shí)通過冷卻塔或蒸發(fā)式冷凝器排放給大氣的冷凝熱為13406kW。地面建筑用空調(diào)制冷機(jī)組與礦井降溫設(shè)備均設(shè)于一單層鋼結(jié)構(gòu)制冷機(jī)房?jī)?nèi)，機(jī)房占地面積850m2，高8m。

表3 降溫系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

1.2 冬季供暖系統(tǒng)

1.3 礦工洗浴及洗衣房耗熱

該礦現(xiàn)有職工3200余人，礦工洗澡用熱水由15℃深井水經(jīng)兩臺(tái)熱水鍋爐加熱至水溫60℃后送至礦洗浴中心，熱水水溫由個(gè)人自行調(diào)控，可按水溫40℃計(jì)算，日用水量200m3。洗浴用水具有明顯的周期性，職工升井后用水量較大，其他時(shí)段用水量較?。焊叻迤谠O(shè)計(jì)用水量80L/s(折合耗熱量8.4MW)，每天耗熱量為21000MJ，平均為0.24MW。洗衣房熱水用量均勻，水溫60℃，用水120m3/d(折合耗熱量22680MJ/d，平均供熱量0.26MW)。洗浴中心與洗衣房平均耗熱量為0.5MW，峰值耗熱量8.66MW。洗浴中心與洗衣房及礦燈房設(shè)置于井口房附近，占地面積約1700m2。

由以上分析可得，該礦冬季地面附屬建筑采暖耗熱量、井口房風(fēng)流加熱、洗浴中心等總平均耗熱量約12.6MW，峰值耗熱量約20.7MW。

1.4 礦區(qū)用水情況和污水、乏風(fēng)排放

根據(jù)唐口礦提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，該礦各類耗水量如表4所示，礦區(qū)排水與乏風(fēng)排放參數(shù)如表5所示。由表4、表5可以得出，該礦耗水量和排水量都非常高。而礦井乏風(fēng)的直接排放，因乏風(fēng)中的大量礦塵隨風(fēng)擴(kuò)散，使礦區(qū)附近居民及礦區(qū)辦公建筑，很少開窗通風(fēng)及在室外晾曬衣物。

圖1 夏季降溫系統(tǒng)原理圖

表4 原唐口煤礦耗水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

用途用水量井下用水4000m3/d洗浴中心及洗衣房用水320m3/d制冷機(jī)房冷卻水補(bǔ)水500m3/d地面沖廁用水①200m3/d礦區(qū)生活耗水①200m3/d地面綠化用水②24m3/d合計(jì)5244m3/d

注：①礦區(qū)職工公寓、辦公樓及附屬建筑生活日用水量約400m3/d，沖廁及其他生活用水各按一半取值；②因地面綠化用水缺乏統(tǒng)計(jì)數(shù)字，根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)小區(qū)綠化、道路噴灑用水定額推薦值估算所得。

1.5 原系統(tǒng)存在問題的分析

由上面的分析可知，礦井夏季降溫與冬季供暖系統(tǒng)及礦井污水和乏風(fēng)排放過程中，其能量利用不合理并影響了礦區(qū)周邊環(huán)境。其存在的主要問題為：①系統(tǒng)能量利用不合理：冬季礦井風(fēng)流預(yù)熱、地面建筑采暖及洗浴用熱均采用鍋爐作為熱源，而夏季降溫期間制冷機(jī)組的冷凝熱、冬季礦井排水與乏風(fēng)所含大量低品位熱能均未加利用白白排放，一方面礦區(qū)用熱消耗了大量常規(guī)能源，并加重了礦區(qū)附近環(huán)境污染；②礦區(qū)水資源利用不合理：地面生活熱水、沖廁、綠化及井下降溫和施工作業(yè)等用水全部采用深井水，而礦井排水僅不足1/3用于洗煤，其余全部排放，不僅造成水資源的浪費(fèi)，同時(shí)地下水資源的過度抽采和大量排水對(duì)礦區(qū)周邊水資源破壞嚴(yán)重；③礦井乏風(fēng)直接排放對(duì)礦區(qū)附近的大氣環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此，原系統(tǒng)在能源利用、水資源利用與排放及大氣環(huán)境等方面均存在不足。為提高能源和排水利用率，實(shí)現(xiàn)低排放和能量的梯級(jí)、合理利用，本文進(jìn)行以下研究。

在研制過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)攻克了在超高溫液態(tài)鋰工質(zhì)環(huán)境下裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)力協(xié)調(diào)、浸入式測(cè)量與流動(dòng)穩(wěn)定性控制等難題。目前，該回路已經(jīng)開展了系列高溫難熔合金在1 400 ～1 500 K溫區(qū)流動(dòng)鋰環(huán)境中的抗腐蝕性能研究實(shí)驗(yàn)，高溫運(yùn)行性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，為超高溫液態(tài)鋰與結(jié)構(gòu)材料的相容性等研究提供了重要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

表5 礦區(qū)污水、乏風(fēng)的排放數(shù)據(jù)

注：冬季外界氣溫低，相對(duì)于冬季的大氣低溫礦區(qū)排水與乏風(fēng)所含的低品位熱能也是一種寶貴的能源，因此僅注明冬季溫度。

2 能量綜合利用方案技術(shù)分析

針對(duì)礦井冬季排水與乏風(fēng)排放所含有的低品位熱能及夏季降溫系統(tǒng)排放的大量冷凝熱，提出利用熱泵機(jī)組進(jìn)行回收利用；同時(shí)在井口房及制冷機(jī)房房頂布置太陽(yáng)能集熱器，并對(duì)各類排水進(jìn)行分類處理和合理回用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)低品位熱能和排水的回收利用，降低常規(guī)能源及深井水的抽采量。

2.1 冬季礦井能量供應(yīng)方案

為綜合利用礦井所排放的低品位熱能，提出了圖2所示的冬季能量供應(yīng)系統(tǒng)，利用熱泵機(jī)組分別對(duì)礦井排水、洗浴廢水和礦井乏風(fēng)所含低品位熱能進(jìn)行回收利用[6-7]，同時(shí)在地面井口房樓頂、制冷機(jī)房房頂安設(shè)太陽(yáng)能集熱器，以盡可能充分利用太陽(yáng)能。

由圖2可知，該系統(tǒng)主要包括礦井排水、洗浴排水及乏風(fēng)低品位能量回收系統(tǒng)，其流程見圖3～5。

如前文所述，冬季礦井排水水溫27±1℃，考慮沉淀過濾池等的散熱，其溫度按26℃計(jì)算，經(jīng)板式換熱器后水溫變?yōu)?6℃，不考慮排水水量的變化礦井排水量按3000m3/d，則每天至少可回收的熱量為1.26×105MJ(折合1.46MW)。取洗浴廢水的溫度34℃，經(jīng)熱泵機(jī)組后水溫為16℃，排水量按300m3/d，由此可得每天回收的熱量約為2.27×104MJ(折合0.26MW)；因此礦井與洗浴排水可回收的熱量約為1.72MW。

根據(jù)實(shí)測(cè)礦井乏風(fēng)冬季排放溫度為28±1℃，相對(duì)濕度95±5%，風(fēng)量250m3/s，如排風(fēng)溫度按27℃，相對(duì)濕度按90%計(jì)算，經(jīng)噴淋后溫度為13℃，相對(duì)濕度100%。則可見式(1)[8]。

圖2 冬季礦井能量供應(yīng)原理圖

圖3 排水系統(tǒng)能量回收流程

圖4 洗浴用水能量回收流程

(1)

式中：h1為噴淋前乏風(fēng)焓值(回風(fēng)溫度27℃，相對(duì)濕度90%)，h1=78.85kJ/kg；h2為噴淋后風(fēng)流焓值(排風(fēng)溫度13℃，相對(duì)濕度100%)，h2=36.53kJ/kg；ρ為排風(fēng)密度，ρ=1.2kg/m3；L為排風(fēng)風(fēng)量，L=250m3/s。

經(jīng)計(jì)算可得，通過噴淋冷水，礦井乏風(fēng)可回收的能量為：Q==(h1-h2)ρL=12.7MW。

由以上分析可知，冬季對(duì)礦井排水和乏風(fēng)進(jìn)行能量回收，可回收利用的低品位熱能平均約為14.4MW。如熱泵機(jī)組的COP按3.5計(jì)算，需消耗5.78MW的電能，得到約20.2MW的熱量，高于礦區(qū)冬季平均耗熱量。該熱量不僅可滿足礦區(qū)耗熱量，還可向礦區(qū)周邊居民供應(yīng)一定的熱量。

2.2 降溫季節(jié)能量供應(yīng)方案

如前所述，地面空調(diào)及礦井制冷設(shè)備向空氣排放大量冷凝熱，而洗浴中心熱水供應(yīng)系統(tǒng)消耗大量常規(guī)能源，因此，可對(duì)冷凝熱進(jìn)行回收利用。當(dāng)前對(duì)冷凝熱的回收利用主要有三種方式：壓縮機(jī)與冷凝器之間增加一個(gè)熱回收冷凝器，即分體串聯(lián)模式；冷凝器旁邊并聯(lián)一個(gè)熱回收冷凝器，即分體并聯(lián)模式；冷凝器中增加熱回收管束，即單冷凝器模式[9-10]。但這些方式均需要對(duì)原制冷劑管路進(jìn)行改造，勢(shì)必影響冷凝壓力與機(jī)組的制冷能效，因此為避免對(duì)原制冷劑管路的調(diào)整并提高制冷系統(tǒng)的能效，提出了如圖6所示的改造方案。

圖5 礦井乏風(fēng)能量回收流程

圖6 夏季礦井能量供應(yīng)方案原理圖

該方案利用3套熱泵機(jī)組分別與地面空調(diào)用冷水機(jī)組、兩級(jí)預(yù)冷機(jī)組和制冰壓縮機(jī)組的冷卻塔(或蒸發(fā)式冷凝器)并聯(lián)，將部分冷卻水分別引致熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器，通過熱泵機(jī)組將制冷機(jī)組的(部分)冷凝熱轉(zhuǎn)至熱泵機(jī)組冷凝器，經(jīng)深度凈化處理后的礦井排水在熱泵機(jī)組冷凝器內(nèi)被加熱至60℃以供應(yīng)洗浴中心用熱。以兩級(jí)預(yù)冷機(jī)組冷凝熱回收為例，其回收流程如圖7源。所示，即兩預(yù)冷機(jī)組冷卻水自A點(diǎn)被引至1#熱泵機(jī)組蒸發(fā)器，其攜帶的冷凝熱被轉(zhuǎn)移至熱泵機(jī)組，經(jīng)深度凈化后的26℃的礦井排水在冷凝器內(nèi)被加熱至60℃之后被送至地面洗浴中心。地面空調(diào)冷水機(jī)組及制冰機(jī)組冷凝熱回收系統(tǒng)與圖7基本相同，不再贅述。

該方案不僅可實(shí)現(xiàn)低品位冷凝熱的回收利用，利用熱泵機(jī)組蒸發(fā)器對(duì)冷卻水的冷卻，還降低了礦井及地面制冷機(jī)組冷卻水的溫度，提高制冷機(jī)組的制冷系數(shù)。

圖7 預(yù)冷機(jī)組冷凝熱回收流程圖

2.3 太陽(yáng)能熱利用技術(shù)方案

魯西南地區(qū)全年日照較充分，而該礦地面井口房房頂僅有一水箱，制冷機(jī)房房頂閑置，且周邊無(wú)建筑物遮擋。因此可在屋頂布置太陽(yáng)能集熱器，以預(yù)熱(制備)洗浴用熱水。

圖8 非降溫季太陽(yáng)能熱利用方案

目前國(guó)內(nèi)使用的太陽(yáng)能集熱器主要有平板集熱器、真空管集熱器、熱管集熱器。平板集熱器不防凍，只能在春、夏、秋三季使用；真空管集熱器可在-20℃條件下使用；熱管集熱器可在-40℃條件下使用，但其冷凝端(加熱端)表面積僅是真空管的百分之一，易結(jié)水垢，換熱效果不如真空管，一般用于北方高寒地區(qū)。該礦所處地區(qū)最低氣溫在-15℃以上，因此選用真空管集熱器。晴天條件下每平方米集熱器每天的有效集熱量為：夏季8500～11000kJ，春秋季6500～ 8500kJ，冬季3000～ 4500kJ[11]。該系統(tǒng)在井口房房頂及制冷機(jī)房房頂安設(shè)1200m2集熱器，考慮到礦區(qū)粉塵對(duì)集熱器集熱性能的影響，單位面積集熱量取下限，則1200m2集熱器每天的有效集熱量：夏季為10200MJ，春秋季為7800MJ，冬季為3600MJ，分別相當(dāng)于將71m3、55m3、25m3溫度為26℃的水加熱至60℃所需要的熱量。考慮到太陽(yáng)能集熱器集熱器受天氣狀況影響較大，煤礦企業(yè)要求24小時(shí)供應(yīng)生活熱水，因此非降溫季節(jié)，太陽(yáng)能熱利用可按圖2所示方案，太陽(yáng)能集熱器布置于熱泵機(jī)組后，作為補(bǔ)充熱源對(duì)熱泵機(jī)組出口熱水進(jìn)行再熱。其流程如圖8所示。

在降溫季節(jié)，為了降低熱泵機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用，并充分利用夏季太陽(yáng)輻射熱，太陽(yáng)能集熱器的布置方案如圖6所示，洗浴中心供熱流程如圖9所示。

圖9 降溫季太陽(yáng)能熱利用方案

2.4 系統(tǒng)的能效的綜合分析

由1.3分析可知，冬季全礦平均需熱量約為12.6MW，峰值需熱量為20.7MW，夏季僅洗浴中心耗熱，平均需熱量約為0.5MW，峰值需熱量約為8.7MW；如2.1所述，熱泵機(jī)組的COP按3.5計(jì)算[12]，冬季熱泵機(jī)組可提供的熱量平均為20.2MW，略低于峰值需熱量而遠(yuǎn)高于平均需熱量，可通過設(shè)置于屋頂?shù)乃溥M(jìn)行熱量調(diào)節(jié)，以滿足全礦冬季耗熱需要。夏季僅洗浴中心需要供應(yīng)熱水消耗熱量，安設(shè)于井口房及制冷機(jī)房房頂?shù)奶?yáng)能集熱器正常日照條件下，每天可提供60℃的熱水71m3，降溫設(shè)備按額定工況運(yùn)行時(shí)排放冷凝熱約為13.4MW，如COP同樣按3.5計(jì)算，熱泵機(jī)組可提供的熱量約為17.2MW，完全可以滿足礦井洗浴用熱要求，為降低運(yùn)行費(fèi)用，夏季優(yōu)先利用太陽(yáng)能集熱器制備洗浴熱水，熱泵機(jī)組的運(yùn)行可根據(jù)地面制冷設(shè)備及洗浴用熱量自動(dòng)控制運(yùn)行。熱泵機(jī)組及太陽(yáng)能集熱器的運(yùn)行，運(yùn)行完全可以取代傳統(tǒng)的鍋爐供暖，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)的低排放。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井乏風(fēng)的凈化處理，降低乏風(fēng)所攜帶粉塵對(duì)礦區(qū)及附近環(huán)境的影響，如圖2所示，冬季對(duì)乏風(fēng)進(jìn)行噴淋除塵并進(jìn)行余熱的回收利用，其他季節(jié)僅進(jìn)行噴淋降塵而不進(jìn)行余熱的回收利用；冬季相對(duì)于外界-5℃左右的自然環(huán)境，礦井排水及洗浴廢水所含有的低品位熱能是寶貴的能源，而夏季隨外界氣溫的升高，礦井排水不進(jìn)行余熱的回收利用，僅對(duì)排水進(jìn)行凈化處理，根據(jù)凈化處理深度的不同，分別作為地面綠化、洗煤、公寓及辦公樓沖廁等用水，經(jīng)深度凈化后的水可作為洗浴用水和井下作業(yè)用水。礦井排水的回用，可大大降低深井水抽采量和礦井污水排放量。對(duì)排水和乏風(fēng)的凈化處理與回收利用可明顯改善礦區(qū)周邊的水資源和大氣環(huán)境。

3 礦區(qū)耗水量的分析

表6為改造后礦區(qū)排水用途及深井水用水量。由該表可以看出，根據(jù)礦井排水處理程度的不同分別用作中水、洗煤用水及洗浴和井下作業(yè)用水。洗浴及洗衣房排水被用作洗煤用水。對(duì)比表4可知，深井水主要用于部分井下用水、制冷機(jī)房冷卻水補(bǔ)水及礦區(qū)生活用水(不含沖廁用水)，深井水抽采量由5244m3/d降低為約1900m3/d，節(jié)約用水約為64%，可顯著降低深井水的抽采量，同時(shí)礦區(qū)排水基本實(shí)現(xiàn)了零排放(不含生活排水)。

表6 改造后排水用途及深井水耗水量

備注：①該生活用水量不含沖廁耗水；②冬季對(duì)礦井排水及洗浴、洗衣排水全部進(jìn)行低品位熱能的回收利用，夏季僅對(duì)排水進(jìn)行利用。

4 結(jié)論

高溫礦井夏季降溫系統(tǒng)在消耗電能同時(shí)排放大量冷凝熱，冬季礦井排水、洗浴污水及乏風(fēng)排放含有大量的低品位熱能；礦井地面乏風(fēng)排放攜帶大量礦塵；井下施工、沖塵等也消耗大量淡水。采用鍋爐房供暖的方式，使得礦工常年洗浴及冬季井口風(fēng)流預(yù)熱消耗大量常規(guī)能源，并進(jìn)一步加劇了環(huán)境污染，本文針對(duì)高溫礦井各類低品位熱能提出的能量集成利用方案及系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)低品位熱能、太陽(yáng)能的合理利用并及污水與乏風(fēng)的低排放，并根據(jù)處理程度的不同對(duì)礦井排水進(jìn)行循環(huán)利用。

1)全年對(duì)礦井乏風(fēng)進(jìn)行冷水噴淋，不僅可實(shí)現(xiàn)常年對(duì)乏風(fēng)的凈化處理，冬季可利用熱泵技術(shù)對(duì)噴淋后的冷水提取熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)乏風(fēng)的余熱回收。

2)熱泵技術(shù)的夏季應(yīng)用不僅實(shí)現(xiàn)了降溫機(jī)組冷凝熱的回收利用，同時(shí)熱泵機(jī)組冷凍水作為制冷機(jī)組冷卻水可進(jìn)一步降低制冷機(jī)組冷卻水水溫，提高制冷機(jī)組的能效系數(shù)。

3)熱泵技術(shù)的應(yīng)用冬季可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井排水、洗浴用水等低品位熱能的余熱回收利用，同時(shí)為洗浴用熱、井口風(fēng)流加熱及為地面建筑供暖提供熱量，可取代傳統(tǒng)的鍋爐供暖。

4)不僅可實(shí)現(xiàn)冬季對(duì)礦區(qū)排水所含低品位熱能的回收，根據(jù)對(duì)排水處理程度的不同進(jìn)行循環(huán)利用，還顯著降低深井水的抽采量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)礦區(qū)排水的零排放。

[1] 國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部.學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告——礦產(chǎn)資源科學(xué)與工程[M].北京:科學(xué)出版社,2006:16-17.

[2] 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011:57-58.

[3] 沈勝?gòu)?qiáng)，趙中友，薛永鋒.煤氣熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能量利用率的研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2006，31(3):373-376.

[4] 安青松，史琳，湯潤(rùn).基于污水源熱泵的大型集中洗浴廢水余熱利用研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)， 2001，37(1):57-61.

[5] 亓玉棟.礦井冰制冷降溫系統(tǒng)能效測(cè)試與診斷[D].青島：山東科技大學(xué)，2010.

[6] 莊兆意,齊杰,張承虎，等.直接式污水源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析[J].暖通空調(diào)，2011，41(10):96-101.

[7] 沈毅,王增長(zhǎng),王強(qiáng),等.煤礦礦井排水的處理和綜合利用[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008，18(5):215-216.

[8] 姬洵,孫瀟,權(quán)犇,等.利用水源熱泵全面回收礦井排風(fēng)中的余熱資源[J].建筑節(jié)能，2010，38(12):8-10.

[9] 梁增勇.水冷冷水機(jī)組冷凝熱回收的設(shè)計(jì)[J].暖通空調(diào)，2009，39(11):107-110.

[10] 黃璞潔,李艷霞,何耀炳,等.集中空調(diào)冷凝熱回收技術(shù)在生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].暖通空調(diào)，2011，41(8):54-58.

[11] 楊金良,王鴻寬,邢金輝.某賓館太陽(yáng)能熱水洗浴系統(tǒng)介紹[J].能源工程，2011(6):54-56.

[12] Tang Wenwu,Wang Hanqing.Entropy assessment on environmental influence of condense heat in recovery system in air-conditioning refrigerating machine[J].Journal of Hunan University：Natural Sciences，2009，36(5):96-102.

Resarch of the complex utilization for waste heat energy in high temperature mine

QI Yu-dong1,2，CHENG Wei-min3，YU Yan-bin3，PAN Gang3

(1.Shandong Provincial Key Laboratory of Civil Engineering Disaster Prevention and Mitigation， Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China；2.Key Laboratory of Mine Thermo-motive Disaster and Prevention，Ministry of Education，F(xiàn)uxin 123000，China；3.Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control，Ministry of Education，Qingdao 266590,China)

Bases on the analysis of the original heating，refrigerating，mine draining，bath draining and air exhausting system，and combines with the actual conditions of Tangkou Coalmine in Shandong Province.Presents a set of comprehensive and integrated utilization scheme for all the different kinds of low quality heat energy.With heat pumps，realizes the recycle of the low quality heat energy from the drainage，bathing water and the exhausting air in winter; and the condensing heat of the refrigerating system in summer.With solar collectors，realizes the thermal utilization of the solar for whole year.Achieves the mine drainage and bathing water purification and reusing，and the exhaust air purification by water spraying.Satisfies the demands of the coalmine for bathing heat whole year，refrigerating in summer，heating for the ground house and shaft house in winter; achieves the integrated utilization of different kinds of low quality heat energy and low emission of the drainage and dust，and can replace the traditional boiler heating system.Reduces conventional energy consumption and the amount of mine water drainage.

waste heat energy；heat hazard mine；complex utilization；energy conservation

2014-02-09

礦山熱動(dòng)力災(zāi)害與防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金課題資助(編號(hào)：JSK201209)

亓玉棟(1976-)，男，山東省萊蕪人，講師，主要從事礦井降溫與熱害防治方面的教學(xué)與研究。

程衛(wèi)民。E-mail：chengmw@163.com。

TD727

A

1004-4051(2015)02-0060-07