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中央回風井乏風利用

文檔作者：張斌，路忠保，豐涵洲文檔來源：山西三元煤業股份有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年05月01日
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2014年第3期(總第102期)
缸；夏占予釷
ENERGY AND ENERGY CONSERVATION 2014年3月
第熊辮曼排i
中央回風井乏風利用
張斌，路忠保，豐涵洲
(山西三元煤業股份有限公司，山西長治046013)
摘要：三元煤礦目前礦工業廣場建筑已安裝多聯機形式的中央空調系統，經過反復調研論證，公司決定利用熱泵技
術回收礦井回風低溫熱能，解決全年洗浴熱水熱源，從而實現徹底取消傳統鍋爐，實現節能減排的目的。
關鍵詞：能源；熱泵；礦井回風
中圖分類號：TD443 文獻標識碼： A 文章編號： 2095—0802一(2014)03—0087—03
Utilization of VAM of Central Return Air Shaft
ZHANG Bin。LU Zhong—bao，FENG Han—zhou
(Shanxi Sanyuan Coal Industry Co．，Ltd．，Changzhi 04601 3，Shanxi，China)
Abstract：Multi——split central air——conditioning system has been installed in the buildings of mining industry square of Sanyuan
coal mine．After repeated research and demonstration，the company decided to use heat pump technology to recycle the low—
temperature heat of return air of mine，to provide heat source for the hot bath water of the whole year'SO tllat the traditional
boilers can be totaHy eliminated，and the purpose of energy saving and emission reduction can be achieved．
Key words：energy；heat pump；return air of mine
1概述
1．1項目背景
多年來，山西三元煤業股份有限公司積極實施節
能減排戰略，積極引入高新科技，不斷實施節約能源
技術改造工作，取得很好的經濟效益及社會效益，連
續多年被評為長治市落實節能減排工作先進單位。在
國家節能工作“十二五”規劃期間，為更好地做好公
司節約能源工作，落實國家節能減排國策，經公司領
導反復調研論證，決定利用北京礦大的熱泵技術回收
礦井回風低溫熱能，解決礦工春、夏、秋三季洗浴熱
水熱源，從而實現在不供暖季節取消傳統鍋爐，減少
空氣污染，達到實現節能減排的目的。
1．2回收低溫熱源的必要性
1．2．1礦井回風蘊含的熱能可以作為煤礦供熱熱能
礦井總回風量及其溫度、濕度一年四季變化不
大，回收可利用價值高，通過礦井回風熱能提取裝置
換熱效率高。
1．2．2節能減排需求
在2009年結束的哥本哈根國際氣候變化峰會上，
收稿日期：2014—02—22
第一作者簡介：張斌，1975年生，男，山東肥城人，2008年畢
業于山東科技大學工業自動化專業，工程師。
中國明確提出： “到2020年單位國內生產總值CO：
排放比2005年下降40％～45％，作為約束性指標納
入國民經濟和社會發展中長期規劃，并制定相應的國
內統計、監測、考核辦法”。在這樣的國際國內形勢
下，節能減排工作刻不容緩。礦井回風蘊藏大量的低
溫熱能，利用熱泵技術回收其能量，實現全礦全年洗
浴熱水無鍋爐制備，減少煤炭資源的消耗，對于改變
傳統的煤礦供熱模式有著重要的變革意義。
1．3熱泵技術方案的特點
熱泵技術是利用低溫熱源進行供熱制冷的新型能
源利用方式，與使用煤、氣、油等常規能源供熱制冷
方式相比，具有清潔、高效、節能的特點。鼓勵發展
的熱泵系統包括：再生水源熱泵(含污水、工業廢水
等)、地源(土壤源)熱泵、地下(表)水源熱泵
(含地下水、河流、湖泊、地熱等)、風源熱泵。
熱泵作為空調、采暖熱源，與傳統的熱源相比，
節能效果對比如下。
從表1可以看出，熱泵作為空調、采暖熱源要優
于目前傳統的熱源方式，電動熱泵的制熱系數COP只
要大于3，能源利用系數E就大于0．9，而當前熱泵技
術的發展，小型水，空氣熱泵機組的供熱性能系數COP
值在3．3～4．5，而螺桿式熱泵機組的COP可達4．5．
5．2，渦旋熱泵機組的COP可達5．45。5．74。
本項目采用水源熱泵技術方案優點如下：
·87·
萬方數據
2014年第3期協源與芋jI圭2014年3月
表1熱泵技術與其它熱源方式比較
類型能源利用系數E 對比條件
小型燃煤鍋爐房0．5 直接用一次能源
中型燃煤鍋爐房0．65～0．7 直接用一次能源
中、小型燃氣、燃油國產：0．85～0．9
鍋爐進口：0．9～0．94
直接用一次能源
燃油、燃氣直燃機0．9 冬季-Y-ZL
電站鍋爐損失10％。發
電機冷卻損失：2％：
熱電聯產供熱方式0．88
發電損失：23％。供熱量
65％。E=0．23+0．65
電站鍋爐損失10％；冷
凝廢熱損失：50％：發電
電動熱泵1．05 機損失5％；輸配電損
失5％。電動熱泵制熱
系數取3．5．E=0．3x3．5
a)高效節能。水源熱泵是目前空調系統中能效比
(COP值)最高的制冷、制熱方式，理論計算可達到
7，實際運行為4～6；b)屬可再生能源利用技術。本
項目通過熱泵技術回收礦井回風中蘊藏的低溫熱能，
為煤礦全年洗浴熱水提供熱源，廢熱回收利用、符合
循環經濟原理；c)節水省地。以礦井回風為熱源，從
其中吸收熱量，不消耗水資源，不會對其造成污染；
省去了鍋爐房及附屬煤場、儲油房、冷卻塔等設施，
機房面積大大小于常規空調系統，節省建筑空間，也
有利于建筑的美觀；d)節能、減排效益顯著。水源熱
泵機組供熱時省去了燃煤、燃氣、燃油等鍋爐房系統，
實現煤礦不燃煤，無燃燒過程，避免了排煙、排污等
污染；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音、
霉菌污染及水耗。所以，水源熱泵機組運行無任何污
染，無燃燒、無排煙，不產生廢渣、廢水、廢氣和煙
塵，不會產生城市熱島效應，對環境非常友好，是理
想的綠色環保產品；e)運行穩定可靠，維護方便。
2設計方案
2．1設計思路
目前礦工業廣場建筑已安裝多聯機形式的中央空
調系統，因此回收利用的礦井回風等熱能主要可以解
決三元煤礦全年洗澡熱水。
2．2設計方案
2．2．1機組選型
從采用壓縮機的不同共有活塞、螺桿、離心、渦
旋壓縮機，4種方案可供選擇，各個廠家的產品不一
樣，但4種壓縮機制冷范圍大致如下(見表2)。
表2各種壓縮機制冷范圍表
I壓縮機活塞螺桿離心渦旋
形式
單位
壓縮機壓縮機壓縮機壓縮機
l制冷范圍kW 60。140 140～1 800 l 000～4 000 2—1 400
·88·
a)活塞式空壓機。優點：活塞式空壓機使用歷史
悠久，是目前國內用得最多的制空壓機。由于其壓力
范圍廣，能夠適應較寬的能量范圍，有高速、多缸、
能量可調、熱效率高、適用于多種工況等；缺點：結
構復雜，易損件多，檢修周期短，對濕行程敏感，有
脈沖振動，運行平穩性差；
b)螺桿空壓機。優點：(a)單機制冷量較大；(b)加
工件少，空壓機的零件總數只有活塞式的1／10；(c)氣
體沒有脈動，運轉平穩，機組對基礎要求不高不需要
專門基礎。缺點是：(a)運行中必須可靠潤滑，必須向
轉子腔噴油，因此需要復雜的油處理設備，要求分離
效果很好的油分離器及油冷卻器等設備；(b)潤滑油氣
占用壓縮空間，降低了壓縮效率；(c)螺桿機結構特
點，噪聲較大，一般都在85 dB以上，需要隔聲措
施；(d)螺桿機靠滑閥控制能量輸出，因此在低負荷時
有部分無效壓縮，能量損失較大；
c)離心式空壓機。優點：有轉速高，氣量大，連
續工作時間長，振動小，運行平穩，對基礎要求低，
在大氣量時，單位功率機組的質量輕、體積小，占地
面積少，易于實現自動化。缺點是：噪聲頻率較高，
冷卻水消耗大，操作不當時會產生喘振，因此一般用
于空調制冷，不適合做熱泵；
d)渦旋壓縮機。(a)相鄰兩室的壓差小，氣體的泄
露量小；(b)由于吸氣、壓縮、排氣過程是同時連續進
行的，壓力上升較慢，因此轉矩變化幅度小，震動
小；(c)沒有余隙容積，故不存在引起輸氣系數下降的
膨脹過程，所以效率最高；(d)沒有吸、排氣閥，效率
高，可靠性強，噪聲低；(e)由于采用氣體支撐機構，
故允許帶液壓縮，一旦壓縮腔內壓力過高，可使動盤
和靜盤端面脫離，壓力立即得以釋放；∞機殼內腔為
排氣室，減少了吸氣預熱，提高了壓縮機的輸氣系
數；(g)渦線體型線加工精度非常高，必須采用專用的
精密加工設備。
綜合對比以上4種壓縮機的特點，活塞壓縮機故
障率較高，制冷范圍太小不做選擇，離心壓縮機噪音
大，調節性能差，而且只能用于大型制冷系統中，也
不做選擇，所以可以選擇渦旋壓縮機方案和螺桿壓縮
機方案。
通過對比(見表3)，考慮到螺桿壓縮機方案噪音
大，運行維護麻煩，并且用于洗浴熱水加熱，螺桿機
故障率較高的情況，建議選用渦旋熱泵機組。
通過調研三元煤礦附近熱泵項目，東龐煤礦、云
駕嶺煤礦、漳村煤礦采用的渦旋熱泵機組，葛泉煤
礦、梧桐莊煤礦采用的是螺桿熱泵機組，兩種機組對
比，采用渦旋熱泵機組的系統、噪音小、效率高、機
房環境好、設備安裝美觀、操作簡單、系統可靠。綜
合以上對比，本方案設計選用渦旋熱泵機組。
萬方數據
2014年第3期張斌，等：中央回風井乏風利用2014年3月
表3螺桿機組與渦旋機組性能比較
項別螺桿機組渦旋機組
a1機組數量少； a1由于壓縮機機械部件少，
b1初投資比較少； 渦旋轉子受力均勻，噪音低；
c1單個壓縮機能量大b)制冷、制熱效率較高；
c1壓縮機全封閑，免維護，
壽命較長；
優點d)1臺機組采用多臺壓縮機
并聯，能量調節相對較容易，
有2個制冷劑回路，1個回路
出現故障，另一個回路仍正
常工作，可互為備用；
e1全自動運行，可以無人職守
a1由于壓縮機機械結構的a)初期投資略高；
原因，噪音大； b)壓縮機需要進口設備；
b)制冷、制熱效率低； c1機組數量多
c1機組采用潤滑油冷卻，
缺點需要定期更換潤滑油，維
護費用較高；
d)機組能量調節較困難；
e)運行、管理復雜，需要
專人值班
2．2．2機組配置
礦井通風風量為5 000 mTmin，經實測，冬季礦井
回風溫度14℃，夏季16℃，則可提供的熱量為l 219
kW。設計洗浴熱水負荷：設計每班洗浴用水量85 in3，
每天3班運行，熱水溫度45℃，加熱時間4 h。則
洗浴熱水熱負荷為865 kw。
據計算把水從10℃加熱到45℃，洗浴熱水的
熱負荷為865 kW，因此需要配置高溫渦旋水源熱泵
機組HE480型2臺，提供全年洗浴熱水。
全年：2臺HE480型機組運行，提供洗澡熱水熱
量。供熱量：2×449=898 kW，大于865 kW，滿足
要求。
機組配置參數如下(見表4)。
表4熱泵機組參數
熱泵機組型號HE—B480
最小水源水流
名義制熱量449 kW 38 m3／h
量
最小循環水流
名義制冷量415．8 kW 36．1 mVh
量
名義耗電功率微電腦全自動
(制熱)
113．3 kW 控制系統
控制
名義耗電功率
(制冷)
70．8 kW
名義工況冬季制熱出水溫度為40℃一55℃
外形尺寸， 4．5 mxl．38 mX
重量2 800 kg 長×寬×高2．04 m
水源熱泵機組特點：
a)采用進口全封閉的渦旋式壓縮機。渦旋壓縮機
為全封閉型壓縮機，具有效率高、免維護、噪音低、
性能穩定等優點，是學術界公認的最適合用于熱泵產
品的一種壓縮機。尤其是它免維護的特點，減少了用
戶的許多麻煩；
b)模塊化。建筑的冷暖負荷波動很大，正常負荷
往往遠遠小于高峰負荷。采用多臺模塊式熱泵機組組
合的方式供暖和制冷可以靈活調節熱泵系統的輸出功
率，隨時滿足不斷變化的冷暖需求。
模塊化的機組采用標準設計，安裝調試簡單方
便，為水源熱泵的推廣和使用提供了便利；
c)蒸發器和冷凝器經過特殊設計，不僅提高了換
熱效率，而且使水中沙子等雜質易于通過，并在卸沙
口附近形成旋流，水中雜質可沉積在卸沙口附近，易
于排污，熱泵機組不會出現沙堵問題，提高了水源熱
泵的適應性。
2．3洗浴熱水水垢處理及熱水循環
2．3．1洗浴熱水水垢處理
考慮到長治地區地下水硬度較大，熱水結垢是熱
泵機組運行最大的問題，洗浴熱水必須進行處理，水
量大，如果采用軟化系統，運行成本太高且運行效果
不好，因此設計洗浴熱水采用礦大專利高磁軟化設備。
高磁軟化設備：該設備屬于管外永磁的磁能除垢
設備，通過高磁設備產生高強度磁能，使水發生如下
物理變化：
a)提高對鹽類礦物質溶解度20％～70％，大大減
小產生水垢，能對老垢軟化和產生應力開裂，少量新
水垢垢型由硬質的方解石結構變為松散的文石結構，
不易掛壁，極易被水流帶走和清洗，長時間運行能使
內管壁形成保護膜；
b)pH值提高o．5～1．0，也可以降低介質對設備
管道的腐蝕；
c)對膜的滲透力提高20％；
d)可對水的粘度降低3％；
e)可降低水的締合度，就是提高水的活性，也就
是水的團族結構變小；
f)能使水的結冰溫度降低l℃；
g)能產生一定量的H：o：，有滅活的作用。
2．3．2洗浴熱水循環加熱
熱水分兩套水泵給水，為兩套獨立系統。一套水
泵將熱水輸送到原礦上淋浴定壓給水系統，另一套水
泵接駁原池浴系統。
3結語
本項目屬于熱泵的具體應用，采用熱泵技術供
(下轉96頁)
·89·
萬方數據
2014年第3期鈺；夏與芋釷2014年3月
2煤田地質勘查主要內容的合理配置
煤田地質勘查主要目的與主要方法的合理配置，
是為了使煤田地質勘查的成果更加經濟與科學。煤田
地質勘查內容的合理配置，對于煤田地質勘查方法與
目的的選擇有著重要的影響。一般來講，煤田地質勘
查的主要內容大多為地層層序的勘查與含煤地層時代
的勘查、煤質與煤的分類、構造的形態、區域內的自
然地理條件、地貌的特征以及巖性組合特征、水文特
征與工程的地質條件等等；水資源的地質勘查內容一
般來講有地層層序、構造與地貌地下水的主要類型、
深度、質量、容量等等，從而滿足水資源量的準確分
析的目的；煤層氣地質勘查工作的主要內容相對較
多，煤質與煤分樣的調查以及自然地理條件的勘查、
水文條件與地質特點的勘查、環境與工程地質條件的
勘查等等。另外，煤層氣的形成地質背景以及成藏條
件與封蓋條件等都是其勘查的主要內容。
煤田地質的勘查內容與不同資源的地質勘查工作
有一定的聯系，在利用地面物探方法進行地質勘查
時，可以用二維地震方法與三維地震方法進行勘查，
不僅僅可以對煤礦賣勁進行分析與探測，還可以對水
氣與巖層進行勘查。因此，在進行煤田地質勘查時，
可以將不同的發射機內容進行合理組合，運用正確的
勘查方法，提高煤田地質勘查的效率與水平【2】。
3煤田地質勘查主要方法的合理配置
煤田的地質勘查工作是要分階段進行的，在不同
的煤田地質開采階段有著不同的開采方法。煤田地質
勘查的方法是依據煤田及其周邊的地質條件而選擇
的。煤田地質勘查的主要方法有很多，對于不同的資
源，有著不同的勘查方法。比如，進行煤炭資源勘查
時，主要會用到地質填圖法、井探法與物探法等。在
進行水資源勘查時，會用到水文地質測繪方法與試驗
方法以及鉆探方法等。在進行煤層氣勘查時，會用到
試氣方法、氣藏地震方法以及錄井方法等。對煤田地
質勘查的主要方法進行合理配置，可以使煤炭行業實
現近期發展目標與遠期發展目標，促進經濟效益與社
加強不同技術手段的綜合利用，建立一個完善的煤田
地質勘查布置，可以使工程的密度與施工順序得到合
理分配。在煤田地質勘查的不同階段，地質勘查方法
會隨其發生變化。煤層位于煤層氣的源巖之中，而水
與氣則不規則地分散于其空隙之中。因此，在進行煤
田勘查主要方法的合理配置時，要根據氣體、固體與
液體的特點與存在規律進行煤田地質勘查主要方法的
選擇，使煤田地質勘查工作的水平得到提高。a)在進
行煤田地質勘查的預查與普查階段，其目的是為了對
一個完整地質區域內的煤田特點進行分析，了解本區
域內的礦區條件與地質、水文條件。在這個階段中，
一般要利用地質調查方法與遙感技術進行圖表繪制，
除此之外，也利用了地面物控方法與槽、井、鉆探技
術；b)在進行煤炭地質勘查的詳查與勘探階段，要對
幾個富水煤炭地區的水量與水質進行合理評價，從而
推測出地下水條件是否可以進行煤田地質勘查。在這
個階段中，要對地下水與氣的關系進行合理分析，為
煤田地質勘查提供數據支持I引。
4結語
煤田地質勘查工作是煤田資源開發的重要工作內
容，要科學地進行煤田資源的開發，就要對節約發展
戰略進行落實，提高煤炭資源與相關資源的利用效
率。煤田地質勘查目的、內容與方法的合理配置對于
煤田地質勘查工作水平的提高有著重要的促進作用。
筆者從這三個角度出發，對煤田地質勘查工作的合理
配置方法進行分析。希望以此來提高煤炭行業與其工
作者對于煤田地質勘查中合理配置的重視，充分利用
資源，提高資源利用率，使煤炭行業的經濟效益與社
會效益得以實現。
參考文獻：
[1]徐宏順，蓋春平．新疆煤田地質勘查的合理配置構想[J]．煤
炭技術，2009，07：137—140．
[2] 呂大鵬，劉長生，劉光成．淺談煤田地質勘查中的合理配置
[J]．科技視界，2013，22：154．
[3] 白祥玉．分析做好煤田地質勘查合理配置工作[J]．科技與企
業．2013。22：178．
會效益的實現。煤田地質勘查方法有技術勘查方法， (責任編輯：趙春梅)
o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●o●·爭●o●◇●o●o●o●o●o●o●·爭●·》●o●o●o●o●<>●o●o●o●<>●o●<>●o●o●o●o●o●·》●o●
(上接89頁)
熱，把礦井總回風的低品位廢熱轉變為高品位熱能，
可以使鍋爐在春夏秋三季不需要運行，部分取締鍋爐，
達到節能、減排的目的，符合中國環境保護與能源節
約的政策。
同時，由于本項目采用的礦井回風換熱器設計獨
特，使得其還能起到為礦井排風降噪除塵的目的，大
大改善了礦區居民區上空的空氣質量。
·96·
該項目研究開創了供暖(空調)一個新的技術途
徑，系統可靠，運行費用低，維護簡單。每年可節約
運行費用141．6×104元，減少消耗標準煤1 469 t，
減少CO：排放3 819 t，減少S02排放29 t，并極大
地改善了周圍的生活環境，產生了很好的社會和經濟
效益。

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