1、袁店煤礦熱能綜合利用研究和實踐    【摘 要】為了節(jié)能降耗、降低成本，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，通過對袁店煤礦可利用熱能的全面分析，確定了瓦斯余熱、壓風(fēng)機余熱以及太陽能結(jié)合空氣能的綜合利用方案，并付諸于實施，解決了礦井春、秋、夏三季洗浴水用熱及其它用熱負荷（約500噸），停運鍋爐，達到了預(yù)期效果。 【關(guān)鍵字】瓦斯余熱；壓風(fēng)機余熱；太陽能；空氣能；節(jié)能環(huán)保 1、引言 能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。據(jù)2010年的統(tǒng)計，全世界能源消費結(jié)構(gòu)中傳統(tǒng)化石能源依然占據(jù)主導(dǎo)地位：原油消費占34%，煤炭占30%，天然氣占24%。這種不可持續(xù)的能源消費模式已經(jīng)引發(fā)了人類社會的深

2、刻反思和對新能源、可再生能源的強烈需求。當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源的使用導(dǎo)致環(huán)境污染問題也日益突出。因此如何減少能源消耗，提高能源利用率和減少污染排放是我國實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展所急需解決的問題1-5。 淮北礦業(yè)集團一直把節(jié)能減排作為一項重點工作，為有效節(jié)約能源、降低成本，有效提高企業(yè)新技術(shù)水平及管理水平，針對各礦的特點對節(jié)能工作做出了合理規(guī)劃。根據(jù)袁店礦余熱情況和現(xiàn)場條件，通過充分研究、論證，提出了利用瓦斯余熱、空壓機余熱以及太陽能結(jié)合空氣能綠色能源的綜合利用方案，以解決春、秋、夏三季洗浴水用熱及礦井其它用熱負荷，停運鍋爐，同時冬季充分利用上述熱能配合鍋爐供熱滿足礦井熱需求，

3、實現(xiàn)最大化節(jié)能要求。 2、項目方案 2.1供熱用能現(xiàn)狀及分析 2.2可利用能源分析 （1）瓦斯余熱 瓦斯發(fā)電機組余熱利用就是在發(fā)電機組煙道出口加裝一套余熱回收鍋爐裝置，將軟化水送至余熱回收鍋爐，經(jīng)高溫?zé)煔饧訜嵝纬烧羝屯脩舻倪^程。目前，燃氣發(fā)電機組消耗燃料的能量只有約3035%被發(fā)電機組轉(zhuǎn)化為電能，約有30%隨廢氣排出，2530%被發(fā)動機冷卻水帶走，通過機身散發(fā)等其它損失約占10%左右，可見排氣和冷卻水損失的能量比有用功還多。 現(xiàn)礦內(nèi)安裝5臺500gf1-3ew瓦斯發(fā)電機，正常運行3臺，排煙溫度為550左右，通過煙氣余熱鍋爐，1臺機組可產(chǎn)生354.5kg/h壓力是0.4mpa的飽和蒸汽（溫度

4、約133）。每小時產(chǎn)熱量Q1=cm（t1-t2）=1185Mj，式中c為煙氣比熱：1.076kj/kg；m為煙氣流量：2130m3/h；為煙氣密度，1.293kg/m3；t1為煙道出口煙氣溫度，550；t2為余熱鍋爐出口煙氣溫度，150；考慮機組負荷率為75%，運轉(zhuǎn)率為80%，余熱鍋爐熱效率為95%，管路損失8%，則3臺機組每小時可回收利用的熱量： Q3=1185×0.75×0.8×0.95×0.92×3=1864242Kj 去除洗衣房烘干和食堂用熱還有余汽為41347526.5用來加熱洗浴水，不同季節(jié)可產(chǎn)水，如表2所示： （2）空壓機余熱 螺

5、桿式空壓機在長期、連續(xù)的運行過程中，把電能轉(zhuǎn)換為機械能，機械能轉(zhuǎn)換為高壓壓縮空氣。在機械能轉(zhuǎn)換為高壓壓縮空氣過程中，空壓機螺桿的調(diào)整旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的大量熱量，經(jīng)潤滑油帶出機體外，最后以風(fēng)冷或水冷的形式再把熱量散發(fā)出去。空壓機工作時機油溫度通常在80100之間，熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)充分利用工作時的余熱，在機油管道未經(jīng)散熱器之前串聯(lián)接入熱能轉(zhuǎn)換機油路；熱能轉(zhuǎn)換機水系統(tǒng)連接循環(huán)保溫水箱進行循環(huán)加熱。循環(huán)保溫水箱內(nèi)熱水水溫達到所設(shè)定溫度（4560可調(diào)）后，通過溫控系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)到達熱水使用點，如圖1所示。 礦內(nèi)壓風(fēng)機房共6臺英格索蘭M200-2S空壓機，4用2備，累計投入功率約800KW，運行4臺機組綜合加載率為9

6、0%，余熱提取效率以67%，提取壓風(fēng)機余熱功率可達482.4KW。 不同季節(jié)制熱水量如表3所示： 機組熱回收改造后，因況卻風(fēng)扇熱負荷降低，如果風(fēng)扇電機再改造為變頻驅(qū)勱，額外多節(jié)電能如表表4所示： （3）太陽能結(jié)合空氣能產(chǎn)熱 太陽熱水技術(shù)就是指利用光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)將光能轉(zhuǎn)換為熱能，即集熱單元吸收太陽光的能量加熱介質(zhì)，熱介質(zhì)通過控制系統(tǒng)和循環(huán)管路將熱量傳遞到預(yù)熱儲水箱產(chǎn)生熱水并且儲存，使用時通過恒溫水箱降溫或輔助加熱保持設(shè)定水溫通過用水管路供應(yīng)恒溫?zé)崴?袁店礦總洗浴用水量按一定余量設(shè)計，系統(tǒng)產(chǎn)熱水能力達720噸。春、秋季節(jié)的余熱產(chǎn)洗浴熱水共585.7噸，則剩余的還需要134.3噸的熱水，可按140噸

7、/天的產(chǎn)水能力設(shè)計由太陽能滿足。 淮北市地處東經(jīng)116度23分，北緯33度16分，全年平均氣溫14，歷史最低氣溫-14.2，最高氣溫42?；据椪樟咳耆照諘r數(shù)約為1971.3h，全年輻照量約為4836.25MJ/m2，年日均輻照量約為13.25MJ/m2，根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥鹊募療崞鞒瘱|西方向擺放傾斜面上的補償比為97%，則15°集熱器傾斜面上所能受到的太陽能輻射量為13.25×97%=12.853MJ/m2。集熱器全日集熱效率按經(jīng)驗值可取0.55 每天140噸熱水用熱：Q=cm（t1-t2）=4.186×140×（44-10）=19925Mj 所需太陽能面積

8、S=Q/12.853/0.55=2818m2 袁店礦浴池樓樓高14.4米、面積為2400m2；輔助樓樓高14.4米、面積為540m2，共有2940m2的面積，滿足太陽能集熱管布置需要。春夏秋三季陰雨天根據(jù)歷年數(shù)據(jù)約85天，太陽能不能滿足集熱要求，需用空氣能熱泵輔助加熱。19925Mj/12/3600=461/3.8=121KW/9.1kw=13.3 選擇9.1KW的空氣能14臺。 空氣能熱泵工作原理及工作流程如圖2所示：空氣源熱泵利用逆卡諾原理，以極少的電能，吸收空氣中大量的低溫?zé)崮?，通過壓縮機將回流的低壓冷媒（R22）壓縮后，變成高溫高壓的氣體排出，高溫高壓的冷媒氣體流經(jīng)纏繞在水箱外面的銅管

9、，熱量經(jīng)銅管傳導(dǎo)到水箱內(nèi)，冷卻下來的冷媒在壓力的持續(xù)作用下變成液態(tài)，經(jīng)膨脹閥后進入蒸發(fā)器，由于蒸發(fā)器的壓力驟然降低，因此液態(tài)的冷媒在次迅速蒸發(fā)變成氣態(tài)，并吸收大量的熱量。所以它能耗低、效率高、速度快、安全性好、環(huán)保性強，源源不斷的供應(yīng)熱水。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四個核心部件：壓縮機，冷凝器，膨脹閥，蒸發(fā)器組成。 3、方案設(shè)計 3.1系統(tǒng)方案 壓風(fēng)機余熱加熱系統(tǒng)水路閉合，太陽能結(jié)合空氣能加熱系統(tǒng)水路閉合，兩路熱水（溫度可調(diào)）通過各自的循環(huán)水箱用泵疏送到新建容積600m儲熱水池，瓦斯電廠余熱鍋爐產(chǎn)生的溫度130壓力為0.3Mpa的蒸汽直接接入儲熱水池，通過儲熱水池向淋浴水池和各個池浴點通過熱水泵輸送，保

10、壓運行，輸出熱水為恒溫?zé)崴?5（可調(diào)）。整個工程現(xiàn)場采用PLC統(tǒng)一控制，采集終端將溫度、流量、水位、壓力等信號采集到PLC上，通過人機界面顯示出來并通過通訊總線傳到中控室計算機，實現(xiàn)無人化自動運行。 3.2注意問題 因為采用了地下水加熱，淮北地區(qū)水硬度高，為防止換熱器結(jié)垢而需要去除原水中的鈣、鎂離子以及導(dǎo)致?lián)Q熱面長垢的其他元素。水處理設(shè)備采用晶磷硅水處理技術(shù)。硅磷晶一種經(jīng)濟有效的防止設(shè)備及管道結(jié)垢和腐蝕的水處理劑，是以獨特的配方和工藝制成的難溶于水的玻璃質(zhì)緩釋小球，是聚磷酸鹽/聚硅酸鹽組成的微溶性聚合體。在水中聚磷酸鹽能防止晶體生長和凝聚，并對鐵離子起封閉作用，對氫氧化鐵起分散作用。聚磷酸鹽和

11、硅酸鹽更能使管道內(nèi)表面形成保護膜，防止金屬腐蝕，所以硅磷晶既緩蝕又阻垢，還可消除銹垢。主要設(shè)備配置及安裝投資額如表5所示。 4、效益評估 4.1改造前用能耗 2010年10月2011年10月期間供熱系統(tǒng)消費的能源品種為原煤，年用原煤為6222t，折合成標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)能源消費量計4444tce；鍋爐房用電365600kwh，折合標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)消費量計45tce，共計消費標(biāo)準(zhǔn)煤4489 tce。 4.2改造后能耗 （1）空壓機余熱利用 空壓機每年用電量為4KW*3臺*80%*365d*24=84100kwh，折標(biāo)煤9.5tce。 （2）太陽能結(jié)合空氣能 太陽能用電量為：365d*24h*2/3*5KW（主要為1套控制系統(tǒng)及11只循環(huán)泵、2只電磁閥功率）=29184Kwh，折標(biāo)煤3.6tce。 空氣源熱泵能耗：（365d/3）*12h*9.1KW*14臺=186004Kwh，折標(biāo)煤22.9tce。 （3）鍋爐用煤成本：用煤量3140噸（相當(dāng)于標(biāo)煤2243tce），用電量約17.15萬KWH，折標(biāo)煤21tce。 （4）改造后能耗總量為標(biāo)煤2300tce。 4.3節(jié)能效益匯總： 總節(jié)約標(biāo)煤=改造前-改造后=44