风源热泵技术在东庞矿应用

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1、风源热泵技术在东庞矿应用　　摘要：利用矿井回风中所蕴含的热能通过喷淋换热方式转移到循环水里面，循环水做为热泵系统的低温热源，取得了节能降耗和减少污染物排放的显著效果。关键词：风源热泵煤矿节能环保中图分类号：TU201.5文献标识码：A文章编号：引言东庞矿是冀中能源股份有限公司所属骨干煤矿之一，年产煤量450万吨，该矿现为本部、北井、二煤扩延区和西庞井“一矿四井”的发展架构。东庞矿北井为主井回风井。有一对主副井，副井进风，主井回风。2007年12月26日投产年产45万吨的独立生产系统。为保证东庞矿北井正常生产及创造良好的办公环境，必须解决

2、建筑供暖及井筒防冻问题。最初设计采用燃煤锅炉，由于考虑环保要求环保局未予审批，为解决建筑供暖和井筒防冻问题，东庞矿北井2008年11月完成设计施工，开始使用矿井回风换热器结合地源热泵系统进行供暖，全部实现办公楼供暖，矿井井口防冻的功能。工程设计要求和资源条件71.1矿井通风系统是煤矿安全生产的重要保障，对于井工开采的煤矿，一般采用抽出式通风方式，利用主扇通过回风井回风，矿井总回风直接排入大气。一般情况下，矿井总回风的温度、湿度一年四季基本保持恒定，其中蕴藏大量的低温热能，目前这部分热能没有被利用，随着矿井通风排放到大气中去。热泵是一种以

3、消耗少量电能为代价，能将大量不能直接利用的低温热能变为有用的高温热能的装置。通过热泵技术可以回收矿井总回风中低温热能，从而满足工业广场地面建筑采暖、井筒防冻及加热职工浴室洗澡热水的需求，实现煤矿企业不燃煤，取消了燃煤锅炉，达到既节约了能源，又减少了大气污染，保护了环境。1.2东庞矿北井风源热泵的可行性研究东庞矿北风井在东庞矿北井工业广场内，北风井的回风温度冬季为18℃，夏季为21℃，回风量为5000～6000m3/min，即83～100m3/s，为热泵机组良好的热源。冬季按回风温度18℃，相对湿度为95％，提取热量后的回风温度为10℃，

4、相对湿度为100％，则可以从回风中提取热量为：Qｑｄ＝（ｈ1ｄ－ｈ2ｄ）×ｐｖ＝（49.21－29.28）×90×1.281＝2298ｋｗ式中：Qｑｄ为冬季回风换热量，ｋｗ;ｈ1ｄ为冬季回风温度为18℃，相对湿度为95％时的焓，kj/kg;7ｈ2ｄ为冬季回风温度为10℃，相对湿度为100％时的焓，kj/kg;ｐ为回风平均空气密度，kg/m3;V为回风量，m3/s夏季按回风温度21℃，相对湿度为100％，吸收热量后的回风温度为25℃，相对湿度为100％，则可以向回风中释放热量为：Qｑｘ＝（ｈ1ｘ－ｈ2ｘ）×ｐｖ＝（76.28－60.87）

5、×90×1.281＝1777ｋｗ东庞矿北井工业广场按总建筑面积约6000m2计算，供暖负荷480kw，供冷负荷为570kw，井筒防冻设计总热负荷1360.6kw，浴室热水负荷480kw。总热负荷2248.6kw，总冷负荷为570kw。由以上计算矿井回风冬季提供的热量和夏季吸收的热量均大于所需热量要求。可以利用热泵技术回收北风井的热量，解决东庞矿北井建筑供暖和井筒防冻问题，矿井回风完全可以保证水源热泵系统的全年稳定运行。2、风源热泵的工作原理和技术关键2.1风源热泵系统工作原理7下面以制热工况说明矿井回风源热泵系统工作原理。在矿井回风源热

6、泵系统中，如图2-1所示，矿井回风换热器实现将矿井回风中所蕴含的大量热能通过喷淋换热方式转移到循环水里面，循环水做为热泵系统的低温热源，经过热泵系统提取热量后，循环水温度有所降低（一般5℃），再重新送入矿井回风换热器进行热交换，循环往复。热泵系统制热时工况时制出热水（一般50℃左右）做为供暖、井筒防冻、洗浴热水的热源。图2.1矿井回风热泵系统工作原理2.2技术关键2.2.1矿井回风热交换器合理设计机设备制造、换热效率高，出水温度满足热泵要求；增加的通风局部阻力小，不大于50Pa；换热器防腐及降噪音功能，易检修，易维护。2.2.2热泵机组

7、设计及制造，合理选择压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置及制冷剂。机组效率高，低噪音，免维护，与矿井回风热交换器配套。2.2.3井筒防冻散热器设计及制造。适应热泵机组的低水温，换热量满足要求，噪音低，自身防冻及除尘。2.3考核指标2.3.1矿井回风热交换器出口水温与矿井总回风的温差3--5℃；降低主扇出风口噪音30分贝；矿井回风热交换器增加局部阻力不大于50Pa。72.3.2热泵机组热水出水温度50℃，冷水出水温度7℃；COP值，制冷工况不小于5.5，制热工况不小于4.4；高低压、断水、温度、压机过载、防冻等保护；PLC控制及汉显触摸屏显示

8、；运行寿命20年。2.3.3经过井筒防冻散热器后进风混合温度2℃以上；井筒防冻散热器噪音不超过50分贝；带除尘装置。3、设备选型3.1主要设备设计与选型3.1.1热泵机组选型，根据设计要求和负荷计算，选用北