煤矿清洁供热改造技术的应用

1、项目背景

节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。煤炭企业是能源消耗大户，实施节能降耗工程刻不容缓，煤炭系统利用多种余热资源进行节能改造，不仅能够节约大量的能源，提高企业经济效益，还能够大大的减少污染物的排放，保护生态环境。

2、煤矿供热系统现状

2.1煤矿系统供热主要需求包括：井口送风：空气入井温度要大于2℃，以防止井口结冰；洗浴热水：煤矿每天三班，工人上井后进行洗浴；建筑物供暖：煤矿生产区及生活区的供暖需求。

2.2煤矿系统供热主要形式：目前大部分煤矿，供热的热源主要为燃煤锅炉。由于环保问题，需要在近期内整改关停，因此矿区急需配置新的稳定、可靠的供热系统。

2.3煤矿系统几种可替代供热方式对比分析

①对燃煤锅炉系统环保改造：目前情况看，环保要求越来越严格，而且环保的政策随时可能发生变化，最近两年对燃煤锅炉系统进行脱硫脱硝除尘改造工程中，煤矿企业均吃了大亏，此种方式不再被考虑。

②采用燃气锅炉系统：燃气锅炉与燃煤锅炉面临类似的环保压力，现在是要求低氮燃烧改造，未来可能有烟气消白等要求，不确定性较大。燃气锅炉的运行费用也不低。同时燃气也会面临气荒的风险，存在一定的不稳定性。

③采用电锅炉系统：电锅炉系统改造费用最少，但是运行费用巨大，会造成很大的使用经济压力，而且电量增容巨大，很难获得足够的电量增容。

④采用热泵系统：热泵是一种充分利用低品位热能的高效节能装置。可以通过少量的电能来产生大量的热量，而且热泵的取热来自于废气、废水、空气等外界已存在的物质，因此不会带来任何的污染，同时起到了变废为宝的目前。

综上所述，热泵系统将是煤矿供热改造的最佳替代方式！

3、煤矿可利用余热资源分析

① 矿井乏风：矿井乏风系统不仅排风风量大，而且排风温度稳定可靠、湿度大，蕴含大量的余热资源，温度一般在10℃-18℃，相对湿度在80%左右。

 ② 矿井涌水：矿井涌水温度一般全年比较稳定，温度在15℃以上，水质较差。

 ③ 洗浴废水：煤矿每天都有大量的洗浴废水产生，废水温度较高，一般在30℃-35℃。

 ④ 空压机余热：空压机余热为高品位余热资源，余热温度在80℃-100℃，可直接回收利用制取洗浴热水。

⑤ 大气：也就是室外空气，通过热泵技术可以从最低-40℃的空气中提取热量，因此大气也是我们供热改造的一种可利用热源。

在煤矿的供热改造中，根据系统节能性及热源的品位，我们可以按照以下顺序进行余热资源的利用：

① 空压机余热 ：主要是根据煤矿空压机的台数及运行时间、满载率等因素来决定余热量大小，此部分产生的余热量一般是比较小的，主要用于洗浴热水的制取方面。

② 洗浴废水：洗澡产生的废水，废水量较少，只能用于洗浴热水的制取方面。

③ 矿井涌水：水量情况不稳定，有煤矿水量大，有的煤矿水量很少，根据水量大小情况，来考虑其利用的价值，主要用于矿区建筑物的供暖方面。

④ 矿井乏风：风量稳定可靠，有两个乏风风道，要考虑乏风的排放切换问题，余热利用要根据乏风风口距离所需供热的远近情况，以就近为原则。

⑤ 大气：取之不尽用之不竭，作为前面供热热量不足的补充。

4、煤矿清洁供热改造的相关技术

4.1热泵技术介绍

4.2空压机余热利用技术

空压机余热利用原理图

案例：煤矿有三台功率为110KW的空压机，两用一备，满载24小时运行。

4.3洗浴废水利用技术

4.4矿井涌水利用技术

矿井涌水：是在煤矿开采过程中，地下水与煤、岩层接触，发生一系列物理、化学和生化反应而形成。矿井水的特性取决于成煤的地质环境和煤系地层矿物化学成分，其中矿区水文地质条件及充水因素对矿井水的水量、水质有决定性的影响。

    大部分情况下矿井涌水含有悬浮物、具有一定的矿化度，是不适合直接进入热泵机组，为了稳定、高效、可靠的利用涌水余热，系统需采用间接换热模式，而且还需一个耐腐蚀、防堵塞、换热效率高的污水换热器。

例如：一煤矿每天的涌水量为2000m³，涌水温度为16℃以上。

   项目采用了绿特公司一台型号为LTWSHR-130污水换热器与一台型号为LTJMLHR-180降膜式污水源热泵机组，满足了矿区生活区10000㎡建筑物的供暖需求。

   系统制热水温度为50℃，综合系统运行能效比为4.32。节能效果显著，而且无任何污染物产生。

4.5乏风热回收系统技术

矿井乏风又称“煤矿风排瓦斯”，指甲烷浓度低于0.75%的煤矿瓦斯，一般通过排风机排出矿井。乏风中含有一定量的粉尘、颗粒杂质，并且具有一定的腐蚀性。

   目前乏风利用的关键问题是如何保证可靠、稳定的提取乏风中的热量。因此一款高效、可靠的乏风热回收换热器对于乏风热回收系统是至关重要的设备。

项目概况：

一煤矿供暖建筑面积40000㎡，其中末端为地暖系统为20000㎡，末端为暖气片系统为20000㎡。

乏风风量为105m³/s，温度为15℃，湿度85%。

负荷设计：

设备选型：

矿井乏风按照15℃，湿度85%考虑，经我公司的矿井热回收风水机组后可吸收13℃的热量，即矿井乏风排风温度为2℃，湿度100%。中介水侧的进水温度为0℃，出水温度为5℃。我公司矿井热回收风水机组后所吸收的热量3184KW。

系统可以选择我公司的两台型号为LTLHZR-580的中温型水源热泵机组，机组制取60℃热水时的参数如下表所示：

系统运行费用分析：

冬季供暖天数为120天，系统总热负荷为4080KW，系统满负荷利用率为50%，系统间歇使用时间为14小时。

   全年所需的热量为：

     Q=120天*14小时/天*4080KW*0.5=3427200KW.h

   本系统在冬季供热时综合能效比为3.10。则本系统冬季供热所需的电费为：

3427200KW.h÷3.10=1105548kw.h，即冬季每平方米的供热耗电量为1105548kw.h÷40000㎡=27.7kw.h/㎡。

4.6空气源热泵技术

空气源热泵机组在选型时有个重要的因素要考虑----室外环境温度。

室外环境温度会影响到机组选择的类别及考虑机组的制热能力修正。根据室外环境温度情况，目前空气源热泵机组可划分为-15℃、-25℃、-35℃三种类型机组。

空气源热泵机组会随着室外环境温度的降低而制热能力也是衰减的。

由于冬季室外环境温度较低及空气源热泵机组存在结霜化霜问题，空气源热泵机组会存在制热能效低、制热性能不稳定等问题。

因此空气源热泵系统相对前几种方式，是作为我们煤矿供热改造补充系统考虑的。

但相对而言空气源热泵系统还有要优于电锅炉供暖及燃气锅炉供暖，是煤矿供热改造的一种选择。

5、煤矿清洁供热改造关键产品介绍

5.1空压机余热回收机组性能介绍

☆ 零运营成本：

   不消耗任何能源，通过物理换热，只要空压机运行，就能生产热水。

☆ 自动防冻技术：

   北方冬天一般气温都在零度以下，当空压机不工作时，余热回收设备没有热量来源，设备里的水就会随着温度的下降而降低，当低于0摄氏度时 就会产生结冰的状态，一种物体形式的改变，体积也必然会发生改变，因此为预防设备的水结冰从而冻坏换热器，我们研发了自动防冻技术，当水的温度低于2摄氏度时设备自动排水，从而防止低温冻坏设备。

☆ 寿命长

设备采用316L不锈钢材质，不与酸发生化学反应，换热管壁厚3mm，最高可承受3MPA的压力，设计使用寿命可达15年以上。

☆ 物联网

    设备自带通讯485接口，可实现联网及远程监控

☆ 预防低温：

    空压机油如果低温，会对空压机产生极大的危害，余热回收设备自动检测进油温度，当温度低于我们设定的值时，余热回收设备自动关闭进水管，从而不让水与油换热，空压机油直接回到原有管路。

☆ 设备自带PLC控制：

    余热回收设备自带PLC控制，不用另外安装PLC，即可实现系统全自动运行，无需人工看管。

☆ 操作简单：

   全中文7寸触摸控制面板，全自动运行及手动操作自由切换。

5.2浴池热泵机组机组性能介绍

★ 高效稳定。

废水温度一年四季相对稳定，而且污水25-35℃之间，机组运行效率高。

★ 大温差制热。

机组冷凝器采用特殊的四流程设计，可以直接制取高温热水。

★ 无需除霜，系统维护费用低。

利用浴池废热作为热源，污水温度高，不存在蒸发器结霜问题，而且机械运动部件少，安装在室内，避免室外恶劣天气的影响。

★ 机组小巧、占地面积小。

针对浴室机房面积小、废水流量少、温度高特性，换热器采用多流程设计，使机组外形小巧，安装方便，占地面积很小。

★ 绿色环保。 没有燃烧，没有排烟，没有废弃物排放。

5.3污水换热器性能介绍

● 防堵塞：

换热器无需配置任何前置水处理。过污直径最大可达80mm，保证了悬浮物不堵塞、不滞留。

 ● 防垢:

采用了独特的单通流道换热、保证了较大的流通换热空间、同时在流道内保持合理的流速及污水侧水流分布均匀，避免污垢在换热器表面沉积。

● 高效换热:

换热形式为纯逆流换热，换热效率高。

● 维护方便：

换热器两端采用门开式设计，在清理换热器时只需打开两侧的封门，用带压的自来水冲洗，即可完成清洗工作。

 ● 清洗周期长：

换热器的清洗周期为1-3个供暖季（视污水杂质含量而定）。

 ● 使用寿命长：

采用立体式壳体结构，即方形壳体弧面结构，等同于圆柱壳体，消除了焊接应力等结构问题，保证了承压能力和使用寿命，使用寿命高达15年以上。

5.4热泵机组性能介绍

热泵机组产品研发升级，技术先进。

热泵机组制热范围广，制热可高达165℃。

热泵机组可非标化设计，可满足多种需求。

绿特公司具有特种设备设计许可证、特种设备制造许可证以及中央空调研发中心，研发中心根据各种非标工况，进行热泵机组匹配设计，可制作特殊温度工况、大温差工况、耐腐蚀工况等各种非标化的热泵机组。

热泵机组主要配件均选用知名品牌，质量可靠。

热泵机组的核心部件-压缩机，我公司采用比泽尔、谷轮、丹弗斯、汉钟、复盛等国际名牌压缩机。

热泵机组蒸发器、冷凝器自行设计、制造，可保证换热面积充足、材质纯正、换热效率更高。

热泵机组其他制冷、电器配件均选用大品牌。比如：艾默生、斯波兰、日本鹭宫、艾克、LG、施耐德、正泰等品牌。

5.5乏风热回收换热机组性能介绍

● 耐腐蚀：

换热管采用不锈钢材质，可以抗腐蚀，满足乏风工况的特性需求，大大增加了设备的使用寿命。

● 抗脏堵：

换热器翅片采用大间距设计，间距可达3.2mm，保证了乏风顺利通过，并且也便于翅片的清洗、维护、保养。

● 冷凝水易排除：

换热器采用特殊流道设置，并且底部设置有排污阀，保证设备可以彻底的排空管道内的溶液，防止换热器的冻裂。

5.6空气源热泵机组性能介绍

采用喷气增焓技术，涡旋压缩机，最低。运行温度-25℃，制热水温度可达60℃。

如设备摆放场地有限，可选择-25℃螺杆式空气源热泵机组。

-35℃超低温空气源热泵机组介绍

①采用单机双级压缩技术，-35℃环境温度依然强劲制热。

②同类产品中出水温度最高，最高出水温度可达90℃。适合末端暖气片系统的供暖改造。

 室外温度-35℃时，可稳定制取60℃热水；

 室外温度-25℃时，可稳定制取70℃热水。

③机组有单热型及冷暖两用型两种规格。

④单台机组最大制热量可达790KW，最大制冷量为700KW。可减少设备的数量及占地面积。

⑤智能化控制，可远程控制，实现无人值守。

公司空气源热泵机组均可智能化除霜。通过微电脑智能控制器根据环境温度、翅片温度、环境湿度、运行时间等多因素变量计算结果自动除霜，完全做到：“有霜除霜、无霜不除、除霜迅速彻底、不形成二次冰锥”，保证机组在不同地区气象条件下获得最好的制热效果。在多压缩机和多模块组合情况下实行轮流除霜，另一部分继续制热，使得除霜过程对于整体制热效果无影响。

绿特公司空气源热泵机组，也可分体式设计，具有降低机组运行噪音，冬季防止机组冻裂，体积小，便于安装、维修等特点。

6、技术持有企业介绍

山东绿特空调系统有限公司成立于2002年。产品涵盖中央空调、热泵、锅炉换热设备和制冷设备，是集设计、生产、销售、安装、维修服务为一体的高新技术企业。特别是在煤改电设备、大型超低温空气源螺杆热泵、工业余热超高温热泵、能源塔热泵、双源热泵、热泵烘干机、热泵蒸汽机等产品上性能优越，并出口39个国家和地区,得到了国内外业界的广泛认可。

公司拥有四项发明专利，十几项实用新型外观专利。五项科研成果通过山东省科技厅技术成果鉴定，技术水平全部达到国内领先。