煤矿清洁能源供热的三个设计方案研究

3.0 闻远设计 2023-07-25 55 4 19.86KB 4 页 2光币

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煤矿清洁能源供热的三个设计方案研究

　　摘要：介绍了煤矿供热负荷及介质参数要求，说明了各种煤矿清洁能源供热方式及特点，

并举例论述了电加热、矿井回风空气源热泵和空气源热泵三种供热方式技术方案、投资费用及

运行成本，提出了做好煤矿清洁能源供热设计的相关建议。

　　关键词：煤矿；清洁能源；供热；设计；

Abstract:This paper introduced the heating load and medium parameters requirements in coal

mines,illustrated various heating modes and characteristics of clean energy in coal mines,illustrated the

technical schemes,investment costs and operation costs of electric heating,air source heat pump with

mine return air and air source heat pump three heating modes,put forward relevant suggestions for

clean energy heating design in coal mines.

Keyword:coal mine; clean energy; heating; design;

　　 1　煤矿供热负荷及供热介质参数

煤矿供热主要包括生产和行政福利建筑采暖热负荷、进风井井筒防冻热负荷和生活热水三部

分，其中井筒防冻部分占 50%以上，生活用热负荷一般在 10%以下。生活用热负荷为全年性热

负荷，采暖热负荷和井筒防冻热负荷为采暖季热负荷。

煤矿供热介质主要有热水、蒸汽、热风和导热油几种介质。供暖时，行政福利建筑供水温度不

大于 85℃，工业建筑热水供水温度不大于 95℃；使用热泵时，热水供水温度不大于 60℃。井

筒防冻供热系统中，采用热水供热时，供水温度不小于 75℃，严寒地区不小于 95℃；采用热

泵供热时，供水温度不小于 50℃；采用蒸汽供暖时，压力不小于 0.3 MPa.采用热泵机组供生活

热水时，供水温度不小于 50℃，浴池热水加热 2 h,淋浴水加热 3 h;直接换热时加热 1 h;余热制

备热水设贮热水箱（罐），浴水加热 3 h~5 h.

　　 2　煤矿清洁能源供热方式及特点

替代燃煤锅炉的清洁能源供给技术主要有集中供热、空气压缩机和瓦斯电站余热、燃油燃气锅

炉、瓦斯蓄热氧化装置、热泵、电加热和太阳能等，技术路线及特点如下：

1）集中供热：利用集中供热管网供热可靠，投资省，运行费用低，流程如图 1所示。

图1 流程图

2）余热：主要为空气压缩机组和内燃机瓦斯电站余热。空气压缩机运行过程中会散发大量的

热量，由循环冷却水或润滑油带走，通过加装板式换热器可换取 50℃~60℃洗浴热水，或利用

水源热泵技术回收产生 70℃~75℃热水，用于供暖。不同机型的空气压缩机组可回收的热量不

同，但一般在 65%以上。利用煤矿瓦斯通过内燃机发电过程中，只有约 40%的能量转化为电

能，其他能量排放到烟气和冷却水系统，以及机组本体表面辐射散热。以 1.8 MW 机组为例，

输入能量中 40%转化为电能，烟气 34.4%,冷却水 23.1%,辐射热 2.5%.内燃机余热主要有烟气、

高温冷却水和低温冷却水余热三部分，通过余热锅炉回收烟气余热可产生蒸汽或高温热水，用

于发电或供热，通过板式换热器回收高温冷却水余热，换取 60℃~85℃热水，用于供暖或洗浴

热水；通过板式换热器换取低温冷却水余热可提供洗浴热水或利用水源热泵技术回收产生

50℃~60℃热水，用于供暖。余热供暖稳定可靠，投资省，可优先考虑。

3）燃气（油）锅炉：利用井下抽采煤矿瓦斯、地面抽采管输煤层气、柴油、液化石油气等作

为燃料。瓦斯浓度大于 30%可直接燃烧，就近从抽放泵站接入，没有运输问题；煤层气、柴油

和液化石油气通过汽车运输，需在锅炉房旁建设储罐储存，一次投资小，但燃料成本较高，且

冬季雨雪天气燃料运输存在问题。

4）瓦斯蓄热氧化装置：因风排瓦斯存于矿井通风中，浓度较低，而抽放泵站之中存在低浓度

瓦斯，二者都不能被直接利用，将其与矿井乏风或空气掺混至浓度 1.0%,通过瓦斯蓄热氧化装

置氧化，通过余热锅炉产生蒸汽或热风用于供热或井筒防冻。

5）热泵技术：煤矿主要有乏风、井下排水、洗浴废水、水环真空泵冷却水等低温热源可以回

收利用。空气源热泵技术直接提取大气热量产生 40℃~50℃热水，通过井筒空气加热机组送热

风。矿井回风水源热泵技术是通过回风与水换热将热量传递至水中，再通过水源热泵提取热量

产生 40℃~45℃热水，用于冬季供暖和井筒防冻、夏季制冷、全年供应洗浴热水，效率高、阻

力小、噪声小。矿井回风空气源热泵技术利用蒸发器直接换取乏风中的热能，取热后乏风温度

可低至-10℃，能效比达 3.7,与水源热泵相当，具有可自动冲洗、实现无缝滚动除霜、降低换热

器风阻、提高传热效率、取热箱与热泵机房的间距可以达到400 m 等优点。

6）电加热：红外线电加热管在电能的驱动下，可将空气加热，将电能转化为热能，后经风机

将热风送到井口，用于井筒防冻。系统简单、投资省。

7）太阳能：太阳能供热具有节能环保、装置灵活、运行投资成本低等优点，但受季节性、天

气影响较大，阴雨天无法满足太阳能蓄热需求，供热稳定性差；占地面积大，无法实现大规模

集中供热。

　　 3　三种常用供热方案比选

下面以某煤矿进风井井筒防冻供热为例，井筒进风井通风量 7 300 m3/min,按室外极端最低平均

温度-21.9℃加热至2℃，所需热负荷为 4 250 k W,对电加热热风炉、矿井回风空气源热泵和空

气源热泵三种方案进行技术经济比较。

3.1 红外线电加热供热方案

设计 4台红外线电加热热风炉，每台热风炉的风量 32 830 m3/h,风机功率 22 k W,加热功率 1 063

k W,单台总功率 1 063+22=1 085 k W,用电设备 8台，总用电负荷 4 340 k W;设3台2 500 k VA

厂变，2运1备，3回6 k V 电源引入；设置 3台6 k V 高压开关柜，2运1备。单台热风炉长度

5 000 mm,宽度2 500 mm,高度 3 200 mm.土建只需做设备基础。采用计算机+智能仪表自动控制

方式。

该方案总投资约 721.31 万元，包括土建、设备、安装、电源改造及其他费用。运行成本包括电

费、折旧和摊销等费用，运行成本估算见表1.

表1 红外线电加热方案运行成本分析

3.2 矿井回风空气源热泵供热方案

矿井回风温度较低，经乏风取热箱后进入矿井回风热泵机组，矿井回风热泵利用此低温热源产

生55℃/45℃热水，后通过板式换热器产生 50℃/40℃防冻液，进入井口加热室矿井加热机组，

与室外空气交换热量，将其加热后送入井口房内，再与室外空气混合至 2℃以上后送到井下。

工艺流程如图 2所示。

图2 矿井回风空气源热泵井筒防冻工艺流程图

回风井通风量为 10 246 m3/min,排风温度 10℃以上，相对湿度90%;按提取后乏风温度 1℃、提

取温差9℃计算，可提取的热量为 3 648 k W,经乏风热泵机组（能效比 3.7）转化后，可产生 5

000 k W 热量，能够满足极端最低温度（-21.9℃）选井筒防冻供热负荷需求。

安装5台矿井回风源热泵，单台制热能力 860 k W,取热能力 625 k W,最大功耗 235 k W.单机配

4台乏风取热箱，每台取热箱取热量 156 k W,风量 30 738 m3/h,进风 10℃/90%,出风 1℃/90%,共

20 台。选用煤矿专用防冻型高效热水盘管加热机组 4台，单台加热量 1 100 k W,风量 67 500

m3/h,进风温度-21.9℃，出风温度 20℃。选用2台2.2 MW 板式换热器，2台一次循环泵

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煤矿清洁能源供热的三个设计方案研究　　摘要：介绍了煤矿供热负荷及介质参数要求，说明了各种煤矿清洁能源供热方式及特点，并举例论述了电加热、矿井回风空气源热泵和空气源热泵三种供热方式技术方案、投资费用及运行成本，提出了做好煤矿清洁能源供热设计的相关建议。　　关键词：煤矿；清洁能源；供热；设计；Abstract:Thispaperintroducedtheheatingloadandmediumparametersrequirementsincoalmines,illustratedvariousheatingmodesandcharacteristicsofcleanenergyincoalmin...

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