邢台煤矿矿井水源热泵系统可行性分析

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1、邢台煤矿矿井水余热回收系统可行性分析王景刚高晓霞杜梅霞赵进河北工程大学邯郸河北摘要：在煤矿生产中，会产生大量的矿井涌水，这些含有丰富的低品位能的水往往被当成废水排放掉。本文将重点介绍矿井水源热泵系统。本系统可以最大限度的回收利用矿井水中的余热。并以邢台煤矿某办公楼为例，进行矿井水源热泵系统的经济技术分析及系统设计，并进行了详细的经济效益和能源环境效益分析。结果表明：矿井水源热泵供热制冷效果良好，具有显著地经济与环境效益，在矿井水资源丰富的华北南部地区，邢台、邯郸等地，值得广泛推广使用。关键词：矿井涌水，余热回收，矿井水源热泵，经

2、济技术分析，节能减排前言目前热泵已被世界公认为是一种有利于环境保护的高效节能装置。其中水源热泵是热泵的主要分类之一。在世界范围内，水源热泵的机组设计技术已相当成熟。但是，由于对水质、水量的特殊要求以及在地下水回灌方面的诸多要求，使得以水作为冷热源的水源热泵的大范围推广遇到了一定的困难。但是，在诸多矿区，存在着大量的被当作废水处理掉的矿井涌水。在此情况下，一种将水源热泵系统与矿井涌水完美结合的新型节能系统——矿井水源热泵系统应运而生。1.矿井水使用现状我国矿产资源丰富，矿山企业较多。在矿山的生产过程中，为了采掘作业的顺利进行，不可

3、避免的要进行多项安全保卫措施，其中排除与隔绝地下水就是必须采取的措施之一。矿山井下排水量非常大，水温恒定，蕴含的丰富低品位能量，是一种稳定的，利用价值很高的热源。但多数矿井都忽视矿井水的利用价值,利用率仅为10%[2]，除洗煤厂及电厂使用外，大部分被排放掉，其中的热能往往随矿井水的排放而流失,造成热源的浪费。随着矿业技术的发展，会产生越来越多的矿井水。为了充分利用宝贵的矿井水资源，为企业职工创造良好的生活和生产效益，可通过水源热泵技术充分提取其中的低品位能量，转化为可利用的高品位能量，为矿山挖潜节能改造闯出一条新路，同时可节约大

4、量的资金，给企业带来可观的经济效益。2.矿井水源热泵原理及技术路线简介2.1矿井用水使用工艺流程采矿时会产生大量的井下水，这些水在井下收集、处理后，进入井下中央水仓。然后通过井下中央水泵排到地面。到地面后，矿井水一般分为三路。一路输送至洗煤厂和电厂，一路经地面高位水池重新输入井下使用，一路输送至排水沟排走。由于矿井用水水体一般很大，完全可作为热泵系统的冷热源。矿井水经过热泵系统后，只是进行冷热量交换，温度稍有变化而已，水质和水量并无变化。因此可先将矿井水送往热泵系统使用，再将热泵系统的排水供洗煤厂，电厂使用或者外排[2]。矿井水

5、的使用工艺流程见图1。“热泵”可将低位热能“泵送”（交换传递）到高位热能提供利用。矿井水源热泵是指以矿井涌水作为热源或热汇的热泵系统。夏季工况下，矿井水与热泵系统冷凝器相连，则矿井水系统作为热泵的冷却水系统，吸收工质放热，通过热量交换实现蒸发器制冷，蒸发器制得的冷冻水送往空调用户，供末端使用；冬季工况下，矿井水与热泵系统蒸发器相连，则矿井水系统作为热泵的冷冻水系统，工质吸收矿井水热量，通过热量交换实现冷凝器制热，冷凝器制得冷却水送往需要供热的用户，用于冬季末端供热。矿井水源热泵系统原理图见图2.3.邢台矿区矿井水可用性分析3.1

6、矿井水源热泵对水源系统的要求矿井水的水量、水温、水质和供水稳定性是影响矿井水源热泵系统运行效果的重要因素。应用水源热泵时，对水源系统的原则要求是：水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。具体说，水源的水量，应当充足够用，能满足用户制热负荷或制冷负荷的需要。如水量不足，机组的制热量和制冷量将随之减少，达不到用户要求。水源的水温应适度，必须维持在15～35℃之间。因为当水温低于15℃供热运行或当水温高于35℃供冷运行都将使水源热泵的初投资运行费用大大升高,很难达到节能的目的[1]。水源的水质，应适宜于系统机组、管道和阀门的材质，不至

7、于产生严重的腐蚀损坏。水源系统供水保证率要高，供水功能具有长期可靠性，能保证水源热泵中央空调系统长期和稳定运行。3.2邢台煤矿矿井涌水分析邢台煤矿主井深484米，每天涌水量大概为7500m3,水温常年保持在19℃左右，适合推广使用矿井水源热泵系统。4.工程实例介绍4.1工程概况该矿区内存在一建筑面积大约为20×103㎡的办公楼，需冬季供热，夏季制冷。冷热负荷分别为1724kW和1014kW。4.2技术分析为了显示矿井水源热泵系统的优越性，我们将其与传统解决方案进行对比分析。由此，我们提出两个方案：方案一：锅炉房+冷水机组+风机盘

8、管；方案二：水源热泵系统+风机盘管。通过两个方案的对比分析，可以看出矿井水源热泵在节省投资，节能减排方面的突出优势。因为两种方案的末端设备一样，所以仅考虑机房设备投资。在比较之前，根据实际情况，做如下考虑：l夏季空调运行按90天机算，冬季空调运行按120天机算。