張 奇
(晉能控股裝備制造集團(tuán)大同機(jī)電裝備有限公司 山西 大同 037000)
根據(jù)相關(guān)環(huán)保要求,礦井進(jìn)風(fēng)立井冬季供暖要求取締燃煤熱風(fēng)爐,進(jìn)行礦井乏風(fēng)余熱利用,實(shí)現(xiàn)礦井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供暖改造[1]。礦井風(fēng)井余熱清潔利用技術(shù)研究涉及進(jìn)風(fēng)立井供暖、主通風(fēng)機(jī)乏風(fēng)取熱、進(jìn)風(fēng)立井通風(fēng)、螺桿壓縮機(jī)余熱利用、瓦斯抽放泵循環(huán)水利用[2]、風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)車(chē)間布置多項(xiàng)內(nèi)容。按照研究規(guī)劃,從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備布局、設(shè)備穩(wěn)裝、設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行整體梳理,針對(duì)余熱清潔利用技術(shù)適用性進(jìn)行了研究和部分功能改進(jìn)[3],對(duì)應(yīng)冬季不同時(shí)間段環(huán)境氣溫,制定科學(xué)的運(yùn)行方式,并進(jìn)行了效果分析。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
(1)一風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)
高壓供電實(shí)現(xiàn)雙回路互為備用分列運(yùn)行供電[4];乏風(fēng)取熱室防雷系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)、安裝;乏風(fēng)取熱室、進(jìn)風(fēng)立井供熱室所有設(shè)備均采用防爆設(shè)備,確保供電安全;增加系統(tǒng)進(jìn)線電纜進(jìn)站設(shè)計(jì);明確乏風(fēng)取熱冷凝水、反沖洗水經(jīng)管路排回井下水泵房,不得外排;16個(gè)反風(fēng)風(fēng)門(mén)由手動(dòng)控制改為氣動(dòng)自動(dòng)控制;乏風(fēng)取熱室進(jìn)行防洪獨(dú)立設(shè)計(jì);要求各類(lèi)鋼結(jié)構(gòu)均滿足通風(fēng)、取暖、隔音等系列要求[5]。
(2)二風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)
高壓供電實(shí)現(xiàn)雙回路互為備用分列運(yùn)行供電;乏風(fēng)取熱室、進(jìn)風(fēng)立井供熱室所有設(shè)備均采用防爆設(shè)備,確保供電安全;設(shè)立15臺(tái)螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行取熱,以滿足礦井通風(fēng)困難需求[6];明確乏風(fēng)取熱冷凝水、反沖洗水經(jīng)管路排回井下水泵房,不得外排;要求各類(lèi)鋼結(jié)構(gòu)均滿足通風(fēng)、取暖、隔音等系列要求。
(3)三風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)
高壓供電實(shí)現(xiàn)雙回路互為備用分列運(yùn)行供電;乏風(fēng)取熱室、進(jìn)風(fēng)立井供熱室所有設(shè)備均采用防爆設(shè)備,確保供電安全;供熱計(jì)算按照礦井通風(fēng)困難期計(jì)算,乏風(fēng)24 000 m3/min、進(jìn)風(fēng)23 100 m3/min;空壓機(jī)余熱回收機(jī)組管路設(shè)計(jì)進(jìn)、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(jī)原冷卻風(fēng)扇頻發(fā)啟動(dòng)或過(guò)度冷卻;風(fēng)道過(guò)長(zhǎng),加強(qiáng)保溫;在新風(fēng)加熱后2 m與入井筒前2 m加兩處測(cè)溫孔,以便進(jìn)行熱損耗對(duì)比;系統(tǒng)冷凝水、反沖洗水排入三風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)污水處理站。
圖2 設(shè)備布局及穩(wěn)裝
(1)一風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供熱車(chē)間系統(tǒng)安裝5套SMEET-FS-R-2550型直冷式乏風(fēng)熱泵機(jī)組;制氮車(chē)間空壓機(jī)余熱取熱實(shí)現(xiàn)工業(yè)廣場(chǎng)建筑采暖。系統(tǒng)設(shè)計(jì)礦井回風(fēng)10℃,風(fēng)量17 600m3/min時(shí)取9 023.84 kW,供熱量13 195.75 kW。
(2)二風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供熱車(chē)間系統(tǒng)設(shè)計(jì)回風(fēng)余熱兩級(jí)取熱和制氮車(chē)間空壓機(jī)余熱、瓦斯抽放泵循環(huán)水余熱共同實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)立井井口保溫和建筑采暖。系統(tǒng)設(shè)計(jì)礦井回風(fēng)10℃,風(fēng)量20 820 m3/min時(shí),設(shè)計(jì)回風(fēng)噴淋式一級(jí)換熱系統(tǒng)、乙二醇二級(jí)換熱系統(tǒng)可提取熱量7 053 kW,制氮車(chē)間按開(kāi)啟8臺(tái)空壓機(jī)設(shè)計(jì)可提取熱量2 130 kW,瓦斯抽放泵循環(huán)水可提取熱量2 388 kW,總供熱量11 575 kW。
車(chē)間安裝1套WL-2400S/L型降膜式污水源熱泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)車(chē)間供暖,安裝3套WL-2500S/L型降膜式污水源熱泵機(jī)組、空壓機(jī)余熱利用實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)立井井口保溫供暖。
(3)三風(fēng)井進(jìn)風(fēng)立井清潔能源供熱車(chē)間系統(tǒng)設(shè)計(jì)回風(fēng)余熱低溫?zé)峁苋岷椭频?chē)間空壓機(jī)余熱、瓦斯抽放泵循環(huán)水余熱共同實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)立井井口保溫和建筑采暖;系統(tǒng)設(shè)計(jì)礦井回風(fēng)13.77℃,相對(duì)濕度85%,風(fēng)量24 016 m3/min時(shí),采用低溫?zé)峁芟到y(tǒng)可提取熱量10 528 kW,配置四套空氣源熱泵系統(tǒng)可提取熱量996 kW;制氮車(chē)間按開(kāi)啟4臺(tái)空壓機(jī)設(shè)計(jì)可提取熱量1 136 kW,瓦斯抽放泵循環(huán)水可提取熱量933 kW,配置空氣電加熱3 000 kW,瓦斯循環(huán)水電加熱200 kW;總供熱量16 793 kW。
系統(tǒng)安裝RGH/G-450熱管換熱器26套,AHTRQ-2014風(fēng)道加熱器16臺(tái),HE400MAB/Na-(E)低溫風(fēng)冷冷(熱)水機(jī)組4套,BR0.8-80板式換熱器2套,LY-KY-400空壓機(jī)余熱回收機(jī)組8臺(tái)。
礦井針對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、各風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)回風(fēng)溫度、不同時(shí)間段用電負(fù)荷、礦井供電容量,制定科學(xué)的運(yùn)行方案,確保系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能、供電容量合理。
(1)風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)基本參數(shù)
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(2)一風(fēng)井運(yùn)行分析
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(3)二風(fēng)井運(yùn)行分析
(4)三風(fēng)井運(yùn)行分析
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按照《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)要求,進(jìn)風(fēng)井口以下的空氣溫度必須在2℃以上,結(jié)合各風(fēng)井所用取熱設(shè)備可提供功率進(jìn)行計(jì)算,可對(duì)各環(huán)節(jié)溫度段進(jìn)行選取,并明確投入設(shè)備數(shù)量。通過(guò)對(duì)三個(gè)風(fēng)井運(yùn)行進(jìn)行分析,針對(duì)不同溫度段,所設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)設(shè)備運(yùn)行可以滿足礦井進(jìn)風(fēng)供熱需求。
(1)一風(fēng)井
一風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)原穩(wěn)裝兩臺(tái)7.0 MW燃煤熱風(fēng)爐用于進(jìn)風(fēng)立井供暖,穩(wěn)裝一臺(tái)1.4 MW燃煤熱水鍋爐用于一風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)車(chē)間供暖,冬季極寒天氣不能滿足供暖要求。
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(2)二風(fēng)井
二風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)原穩(wěn)裝四臺(tái)5.6 MW燃煤熱風(fēng)爐用于進(jìn)風(fēng)立井供暖,穩(wěn)裝一臺(tái)4.2 MW燃煤熱水鍋爐用于二風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)車(chē)間供暖,冬季極寒天氣能滿足供暖要求。
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(3)三風(fēng)井
三風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)原穩(wěn)裝四臺(tái)5.6 MW燃煤熱風(fēng)爐、432 kW電熱板用于進(jìn)風(fēng)立井供暖,穩(wěn)裝一臺(tái)1.4 MW燃煤熱水鍋爐、3臺(tái)130 kW電鍋爐用于三風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)車(chē)間供暖,冬季極寒天氣不能滿足供暖要求。
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(4)三個(gè)風(fēng)井清潔能源供暖能耗對(duì)比
按每個(gè)風(fēng)井整個(gè)采暖季每分鐘加熱1萬(wàn)立方米進(jìn)風(fēng)所需電能,進(jìn)行三個(gè)風(fēng)井清潔能源供暖能耗對(duì)比分析,一、二、三風(fēng)井均能滿足供暖需求,且符合綠色、環(huán)保要求,較燃煤供暖方式相比,耗能費(fèi)用節(jié)約了10%~16%,取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益,改善了作業(yè)環(huán)境。
通過(guò)對(duì)對(duì)礦井進(jìn)風(fēng)立井冬季供暖進(jìn)行改造,滿足了礦井風(fēng)井供熱需求,改善了工作環(huán)境,節(jié)約了資金,降低了耗能,該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、方便維護(hù),為礦井風(fēng)井余熱清潔利用技術(shù)提供了可借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。