余热资源在矿区供暖系统中的应用探析

陈华

摘 要：唐山矿原有的井口保温热源和建筑供暖热源均为燃煤锅炉。余热资源在矿区供暖系统中的应用既可满足矿区用热需求，又节约了能源，符合科学发展观的要求，因此，其应用前景广阔。针对矿区的余热情况进行了深入分析，研究、探讨了余热资源在矿区供暖系统中的应用。

关键词：唐山矿；余热资源；供暖系统；热泵技术

中图分类号：TU995；TK115 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.084

随着国家环境治理政策的不断出台，余热资源的利用成为替代燃煤锅炉的有效途径之一。对于煤矿企业来说，多数矿区有回风余热、矿井排水余热等多种低品位资源。以往，由于热能提取技术不成熟等原因，余热资源未得到充分利用；而现在，随着热泵技术的发展，余热回收综合利用技术已成为一种适用性广、节能环保的实用型新技术。随着国家对环境及大气污染的治理，利用清洁热源替代燃煤锅炉保证供暖已成定局。唐山矿属于国有大型煤矿，其在生产过程中坚持“科技兴矿”战略，重视节能减排新技术的创新与实践。因此，科学、合理地开发和利用矿区内已有的各类绿色低品位能源势在必行。

1 余热资源利用的意义

目前，矿区可利用的余热热源主要有矿井排水、矿井回风、瓦斯电站冷却水、洗浴排水等。这些余热热源均属于典型的低温多源系统，其主要特点是温度低、流量不稳定、含热量少、水质差等。由于这些余热热源的供热能力和稳定性受多种因素的影响，因此，如何利用现有的条件合理开发和利用这些能源具有十分重要的意义。

1.1 从科学理论方面分析

矿区内，每种可开发的低品位余热资源的影响因素众多、变化规律均不相同，使得每一个单独系统的设计与运行不仅复杂，还存在差异。这些热源系统的耦合、匹配和运行管理更是一项庞大而复杂的系统工程。本项目的调查可为建设可持续矿区提供供暖热源和余热利用方面的参考，也可为其他矿区多种余、废热资源的开发和利用提供借鉴，还可为建设生态矿区提供样本。

1.2 从经济、节能方面分析

目前，矿区采用燃煤锅炉供热，大量的余、废热资源未得到开发和利用，热能浪费现象严重。本项目对矿区余热资源的调查和探讨将对取缔燃煤锅炉后的供暖热源提供很好的参考和借鉴。如果能够充分利用余热资源，那么就可以有效降低整个矿区的能耗，降低燃煤锅炉带来的环境污染。

1.3 从矿区形象方面分析

本项目的开展和实施除了可以有效降低矿区的供热成本外，还可以降低矿区因燃煤供热而造成的污染，极大地改善矿区及周边地区的生态环境，从而提高矿区的社会形象。这既与“十八大”建设生态社会的精神相符，又满足区域绿化的需要，还体现了煤矿企业极强的社会责任感。

2 矿区热量需求和余热资源现状

2.1 用热负荷情况

经调查测算，矿区主要热负荷情况为井口保温热负荷约为8.9 MW，建筑物供暖热负荷约7.5 MW，洗浴热负荷约3.2 MW，总计约19.6 MW。其中，井口保温热负荷较大，其保温质量直接影响到井下生产和工作人员的安全，必须优先保证。

2.2 余热资源情况

为测算余热资源的实际情况，管技人员对矿区的废热资源进行了统计。结果测得矿井回风余热负荷为11 MW，矿井排水余热负荷为4.3 MW，瓦斯发电余热负荷为3 MW，洗浴排水余热负荷为2.5 MW，余热负荷总计20.8 MW。

2.3 热量需求和余热现状

目前，供暖需求热负荷为19.7 MW，矿区余热热能约为20.8 MW，基本能够满足矿区生产和供暖需求，从而可将矿井回风热量用于井口防冻保温；多余部分与瓦斯电站余热热量用于非大空间建筑（办公）供暖；矿井排水热量用于洗浴加热；瓦斯电站余热、洗浴污水热量用于建筑供暖。如果将来需要增容，再考虑其他补充能源。

3 余热资源在矿区利用的局限性

从理论上讲，矿区现有的矿井回风余热、矿井排水余热、瓦斯发电余热、洗浴排水余热等多种低品位余热资源均可以满足矿区的生产和供暖需求；但从实际情况来看，利用各种余热资源时会遇到较多问题。比如，利用热泵技术对矿井回风中的热量进行提取、利用，可能会增大井下的通风阻力。如果不能科学、合理地设计，将会对井下安全生产造成一定的影响。目前，矿井排水余热资源利用技术虽具有可行性，但如果在水处理前换热提取余热资源，品质较高的余热资源可以被提取，品质较差的则容易形成脏污和垢污影响传热。同时，排水的周期性也会影响热泵的利用，而改变排水规律会增加排水系统的运行费用。再比如，排水处理后的进机组，其系统相对简单，但受水处理工艺流程和排水规律的影响，处理后的水温大大降低，热源热量和品质均降低，因此，需要进行利弊分析才能取得应有的效果。瓦斯发电余热主要有尾气余热和冷却水散热余热。其中，尾气余热相对稳定，限于燃气发电机组对冷却水温度的特殊要求，在设计中，需要采取相应的措施，以免因冷却水温度过低而影响燃气发电机组的正常运行。由于水质较差，因此，在利用洗浴排水时，需要进行水质净化处理。另外，由于工作人员长期从事井下作业，身上黏附的煤尘量大，因此，水处理工艺需要结合实际设置特殊的过滤设备，以防煤尘进入换热器而影响换热效果。

4 结论

通过对矿区的供热需求和可利用的余热资源进行分析，考虑到各种热源的品质不同，且与供热需求实际参数存在差异，要想使余热资源满足生产和供暖需求，需要进行大量的数据测算和可选方案的对比分析，同时，还要消除可能存在的多种不利因素，这样才能将余热资源变为宝贵能源。

参考文献

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[4]王鹏洁，余希鹏，郑卫刚.高强钢的焊接及工艺试验探究[J].煤矿机械，2015（7）.

〔编辑：刘晓芳〕