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              淺談水源熱泵技術在煤礦中的綜合應用

                 日期:2015-11-27     來源:論文網    瀏覽:88    評論:0    

                煤炭企業每年都需要花費大量人力和物力治理礦井水,針對這一現狀,本文以亭南煤礦為例,介紹和研究了水源熱泵技術,它不僅能有效利用礦井水來供熱或制冷,而且能將使用后的水源充當工業用水回收利用,即節約了企業成本又合理開發利用了資源,符合國家關于能源發展和環境保護的相關精神,是一種值得推廣的新型技術。

                1、地下水水源熱泵技術的發展現狀

                作為熱源熱泵技術的一個分支,地下水水源熱泵技術最早發源于歐洲。20世紀初期,瑞士專家首次提出關于“熱泵技術利用地熱源”的思想,此后,隨著首臺地下水源熱泵系統在美國試驗成功,地下水源熱泵技術正式登上歷史的舞臺。該技術的發展在我國起步相對較晚,主要是受到當時國內經濟形勢與政治環境的影響。改革開放后,一些專家和企業家開始重視地下水源熱泵技術的應用,于1997年從歐洲開始學習和引進熱泵技術,截止于2000年我國共引進地下水源熱泵供熱或制冷系統100余套,并與美國能源部簽署了一份關于發展地源熱泵項目的合作協議,確立了將北京、寧波、廣州三地作為地源熱泵合作示范基地的發展戰略,這三地分別用于研究處于寒冷、冬夏溫差大、溫暖環境下的熱源熱泵技術。

                2、水源熱泵技術工藝原理

                實際上礦井水熱能利用是通過熱量交換的原理來實現的。具體的講,在夏季煤礦地面建筑物溫度高,而使用的水源溫度低,通過相應的技術手段可以將建筑物中的熱量轉移到水源中,從而將過高的熱量帶走,達到給建筑物降溫的目的;在冬季,則是利用熱泵技術從水源中汲取能量,通過水或空氣作為煤質將汲取的熱量輸送到建筑設施中。一般來說,通過熱泵技術用戶可以得到高于4倍熱泵(或水泵)消耗能量的熱量(或冷量),例如使用熱泵時每消耗1KW的能量,可供建筑物用熱4KW左右。水源熱泵可分為開式和閉式兩種,其分類依據是泵對水源的利用方式。作為熱泵供熱和制冷的介質,水源也應滿足兩個條件:一是要保證水源存儲量,二是要保證水溫控制在7℃~30℃之間。礦井水可作為一種理想水源,它不僅儲量豐富,而且水溫基本恒定,水質也比較好。

                2.1工藝流程

                過程中所形成的礦井水通過水泵系統抽至地熱交換系統,依據熱泵原理機組運轉并交換礦井水中的能量,然后通過管道輸送至礦井建筑設施等,實現冬季和夏季的供暖、供熱,從建筑設施交換能量過后的廢水可做工業用水再次回收利用。圖1為利用礦井水制熱工藝流程。

                2.2技術原理

                1)夏季制冷。礦井水首先進入旋流除沙器除沙,再經過電子水處理儀除掉絮狀物,然后進入水源熱泵空調機組冷凝發器與氟利昂R22制冷劑進行熱交換,通過氟利昂的形態液化,向礦井水釋放熱量,利用壓縮機做功,再通過蒸發器中氟利昂與空調系統的循環水進行熱交換,氟利昂吸收循環水中的部分熱量,制出7℃的冷媒水,為井口送風設備提供冷量。

                2)冬季供暖。與夏季制冷不同的是,當礦井水與氟利昂R22制冷劑進行熱交換時,氟利昂是汽化的狀態來吸收礦井水中的部分熱量,此后利用壓縮機做功將汽態氟利昂變為液態,釋放熱量后,再通過冷凝器與空調系統的循環水進行熱交換,制出45℃~50℃的空調熱水,為井口送風設備提供熱量。

                3、熱泵技術特點

                1)屬再生能源利用技術。水源熱泵是利用地球表面淺層地熱資源(通常為小于100m的地下水)作為冷熱源進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層地熱資源又稱地能,該種資源儲量豐富,是一種清潔的可再生資源。

                2)環境效益顯著。與空氣熱泵相比,水源熱泵所排放污染物排相當于減少了40%以上,與電供暖相比,相當于減少30%以上,而且制冷劑比常規空調裝置減少25%的充注量。熱泵供應熱量過程中不會產生任何污染物,且占用空間小,無需遠距離傳輸從而減少了熱量損耗。

                4、技術應用案例分析

                以陜西亭南煤礦為例,根據地下水資源評估報告,該礦礦井水的水溫夏季維持在22℃左右,冬季維持在15℃左右,涌水量為1000m3/h,符合熱泵技術對水源選擇的規定。該礦采用水源熱泵技術,將礦井水作為水源熱泵機組熱源,供冬季主副井井筒保溫、四季職工洗浴和18層公寓樓夏季制冷。

                4.1應用效果

                該技術在亭南煤礦應用兩年多來,所取得成效非常顯著。水源熱泵技術所汲取的熱量主要用于以下幾個方面:①18層公寓樓夏季制冷,使室內溫度維持在25℃左右;②井口保溫,保證井口以下的空氣溫度在2℃以上,整個冬季不結冰;③洗浴熱水,每天供應1000人次的洗澡熱水,按60kg/人來算,每天共需60噸45℃的熱水保證,實際也基本滿足。同時,結合亭南煤礦建立瓦斯發電站,發電機組循環冷卻水高溫段360m3/h,溫度達到48℃的特點,將瓦斯發電循環冷卻水高溫段的水作為熱源,僅通過板式換熱器后,出水直接用于洗浴。

                4.2效益分析

                1)經濟效益。利用原有礦井水處理站消防水池作熱源池、井口房兩側作立柜式空調機房,節省土建工程投資300萬元;應用水源熱泵空調系統比應用燃煤鍋爐每年節約能源費85.6萬元;每年節約蒸汽鍋爐水處理成本費1.4萬元;每年節約設備維護費15萬元;每年節約排污費4萬元,每年節約人工費10萬元。合計每年取得經濟效益416萬元。雖然熱泵整體配套工程初期投資稍多些,亭南煤礦采用BOT合同能源管理模式,有效解決了資金問題。水源熱泵技術具有能量利用率高、環保等特點,只要完善系統相關技術的配套,就具有很好的推廣應用價值。

                2)社會效益。①該技術符合國家資源綜合利用扶持政策及發展循環經濟模式,保護了煤炭資源;②該技術應用后使礦區擺脫了燃煤鍋爐供暖,節約了供暖成本,改善了礦區環境;③保證了礦井的提升安全,改善了井下工人的作業環境;④設備運行中不存在爆炸、燃燒等安全隱患,有利于安全管理;⑤開辟了礦井水利用的新途徑。

                5、結語

                水源熱泵技術能通過礦井水熱量交換實現礦井建筑設施的冬季供暖和夏季制冷,基本可保證井口保溫、洗浴熱水、職工公寓空調恒溫等項目的熱量/冷量供應,經濟和社會效益顯著,符合國家關于能源發展和環境保護的相關精神。水源熱泵技術適應性強,可在煤礦中廣泛推廣應用。

               
              標簽: 水源熱泵
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