田石磊

中天合創(chuàng)能源有限責任公司葫蘆素煤礦生產(chǎn)技術科 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000

1 供熱基本概況

葫蘆素煤礦設有換熱站一座，熱交換站設備為洗澡水換熱機組、生活區(qū)采暖換熱機組、工業(yè)區(qū)采暖換熱機組及配套管網(wǎng)。煤礦日常采暖及生活熱水的制備均采用礦內(nèi)換熱機組換熱制備，換熱站一次熱媒設計采用中天合創(chuàng)化工項目提供的150/90℃高溫熱水，一次熱媒管道敷設在輸煤棧橋內(nèi)[1]。

換熱站內(nèi)設生活區(qū)采暖換熱器用于制備95/70℃采暖熱水，工業(yè)企業(yè)采暖換熱機組用于制備110/70℃高溫熱水，洗澡水換熱機組制備熱水，溫度為60℃，主要作為洗浴及食堂用水，耗熱量為7500KW。因煤礦采用“三班倒”勞動用工模式，且主要以井下采掘為主，對洗浴需求較大，故該部分用熱要求具有長期連續(xù)、實時恒溫等特性。

但由于一次熱源即化工項目輸送的供熱溫度為110/70℃，無法到達設計值，造成供給煤礦的總熱量不足，極大地影響了煤礦生產(chǎn)和生活。同時由于一次熱源管道系統(tǒng)常年不間斷運行，能源消耗較大，熱量流失嚴重，而且管道無法進行系統(tǒng)性大修，存在潛在的安全隱患，影響企業(yè)安全生產(chǎn)。故急需尋求其他替代熱源，解決目前面臨的供暖總熱量不足、安全隱患等問題。

2 余熱資源可行性分析

2.1 礦井水低位能

葫蘆素煤礦礦井水資源非常豐富，且礦內(nèi)設有礦井水處理站一座，處理工藝為絮凝沉淀+過濾消毒，處理能力1050m3/h。處理后的礦井水輸送至復用水池，其水質(zhì)滿足《煤炭工業(yè)污染物排放標準》限值要求，最后經(jīng)水泵及管道輸送至化工項目進行綜合利用。經(jīng)調(diào)查研究，處理后的礦井水溫度平均溫度22-25℃，常年水溫較為穩(wěn)定，波動較小。這些礦井水所蘊含的低位能資源可通過中高溫型水源熱泵可將水溫提高到50-65℃，從而具備制備生活熱水的基礎條件。通過計算，礦井水流量增加時，水源熱泵機組可提供的熱量也隨之增加，完全能夠達到制備生活熱水所需的熱量要求。

2.2 空壓機余熱

目前葫蘆素煤礦工業(yè)場地壓風機房配置4臺MM250-2S英格索蘭250KW空壓機。通過調(diào)閱葫蘆素煤礦機組運行參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，空壓機加載運行比例高達95.47%。空壓機油氣分離器溫度90℃以上，余熱資源品位較高，約60%-70%的熱量可以回收。

綜上分析，通過水源熱泵技術對礦井水和空壓機余熱資源進行利用，可以滿足煤礦制備生活熱水所需的熱量。

3 余熱利用項目實施

余熱利用項目分為礦井水低位能利用系統(tǒng)和空壓機余熱回收系統(tǒng)，具體如下：

3.1 礦井水低位能利用系統(tǒng)

系統(tǒng)工作流程為：利用潛水泵將礦井水從復用水池中抽入水源熱泵中，水源熱泵通過蒸發(fā)器吸收礦井水中的熱量后，將礦井水再次返輸回復用水池中，吸收了熱量的蒸發(fā)器對冷媒進行加溫，使之從液態(tài)變?yōu)榈蛪簹鈶B(tài)，再經(jīng)過壓縮機進一步壓縮后冷媒變?yōu)楦邷貧鈶B(tài)，并在冷凝器中放熱，將冷媒中的熱量傳達到自來水中，使自來水的溫度不斷升高，達到使用要求后進入生活熱水水箱，最后通過水泵輸送至場區(qū)管網(wǎng)，進入各建筑物后，供全礦職工日常使用。

3.2 空壓機余熱回收系統(tǒng)

空壓機余熱回收系統(tǒng)由油-水換熱機組和水-水換熱機組組成。主要通過對空壓機油路系統(tǒng)的改造，將壓縮機高溫油引出，經(jīng)油-水換熱器將高溫油的熱量轉移到軟化后的水中，利用溫度升高后的軟水，通過水-水換熱器將熱量傳遞到低溫的自來水進行升溫加熱，最終輸送至生活熱水水箱中，通過水泵及管網(wǎng)供全礦職工使用。由于水冷的效果優(yōu)于風冷的效果，因此，對空壓機高溫油管改造后不但不會影響空壓機的正常工作，而且可以延長空壓機運行壽命，減少機油消耗量，降低維護量。

4 項目實施及效益分析

2019年10月，余熱利用系統(tǒng)項目開始施工，同年11月投入試運行并替代了化工一次熱源制備生活熱水，系統(tǒng)運行至今運轉良好。項目實施后，葫蘆素煤礦徹底解決了洗浴用熱依靠化工熱源的局面，將替代的熱量補給給了礦井冬季供暖，消除了因熱量不足而產(chǎn)生的井口結冰等重大安全隱患，總體效果和效益如下：

4.1 自給自足，節(jié)能環(huán)保

自項目投用后，生活熱水制備能力最高可達到800m3/d，已滿足礦井的日常生產(chǎn)生活需求，在熱水方面徹底擺脫了依賴，實現(xiàn)了自給自足。由于項目全程采用電力，不依靠化工鍋爐和其他燃料即可實現(xiàn)熱水制備，避免了二氧化硫、氮氧化物、煙塵等污染物的產(chǎn)生，極大地降低了大氣污染風險。

4.2 無人值守，節(jié)減人工

項目綜合了應用信息化技術和自動化技術，集成了當前最新的節(jié)能技術、云存儲技術、自動控制技術和遠程通訊技術，實現(xiàn)了在任何一臺授權的計算機上對系統(tǒng)的遠程監(jiān)測和對系統(tǒng)參數(shù)（溫度、水位等）的遠程設置以及對主要運行設備的遠程控制，整體實現(xiàn)了設備自動啟停，而且在任何地方都可以在授權的手機上遠程監(jiān)測其運行狀態(tài)。項目由原來的值班管理和巡查轉入無人值守模式，減少了人工，節(jié)約了費用。

4.3 降本增效，效益顯著

該項目既是節(jié)能環(huán)保工程，同時也是降本增效工程。項目實施后，生活熱水全年制備成本約60萬元，遠小于采用化工熱源制備成本，而且基本消除了高溫高壓管道長期運行帶來的各項安全隱患，社會效益顯著[2]。

5 結語

項目充分利用了煤礦自有的綠色能源，采用水源熱泵技術制備生活熱水，不僅解決了礦井生活熱水問題，而且減少了能源消耗和污染物排放，增強了社會效益，體現(xiàn)了企業(yè)社會責任的落實，使煤礦在非采暖季節(jié)也實現(xiàn)了“產(chǎn)煤而不燒煤”的目標，順應了國家對生態(tài)文明建設的要求，也為創(chuàng)建綠色礦山奠定了基礎。