煤炭矿井回风源热泵系统设计

孙权

（中煤科工集团武汉设计研究院有限公司湖北武汉430062）

煤炭矿井回风源热泵系统设计

孙权

（中煤科工集团武汉设计研究院有限公司湖北武汉430062）

本文介绍了某煤炭矿井回风热泵系统设计，包括回风热源能力分析，主机设备选型，经济性比较等，通过计算及比较，矿井回风热泵系统不仅环保而且节能，值得进行推广，并为类似工程提供设计参考。

回风热泵；节能环保；经济比较

1　工程概况

某煤炭矿井位于河南省平顶山市，地面建筑面积约20000m2，井口防冻的风量为104m3/s，需要解决冬季热源。

本工程采用回风源热泵方案满足工业主场内建筑冬季供暖及夏季空调、井筒防冻并为洗浴热水提供热源，从而取消燃煤锅炉，节能、减排，减少大气及环境污染。

2　回风热源分析

2.1矿井回风参数

矿井回风温度基本不受室外气温影响并且全年都比较恒定，矿通风风量为97.5m3/s，全年回风温度21℃～26℃，湿度60%～80%。

2.2冬季提取的热量

矿井回风换热量计算：

Qqd=(h1d-h2d)×pv=(52.76-24.79)×97.5×1.281=3493.4kW

按照热泵机组的综合能效比COP为4.0计算，则可产生的热量为：Qs=Qqd/(1-1/COP)=3493.4/(1-1/4.0)=4657.9kW

2.3夏季吸收的热量

夏季向回风中释放的热量为：

Qqx=(h2x-h1x)×pv=(99.69-65.79)×97.5×1.281=4234kW

按照热泵机组的综合能效比COP为4.5计算，则提供的冷量为：

Qls=Qqx/(1+1/COP)=4234/(1+1/4.5)=3464.2kW

3　冷热负荷计算

根据矿井各建筑物参数进行计算如下：

（1）井筒防冻：热负荷1814kW

（2）地面建筑：热负荷1200kW，冷负荷3000kW

（3）洗澡热水：热负荷320kW

从计算可看出回收矿井回风热完全可用满足冬季中央空调、洗浴热水和井筒防冻热量要求和夏季中央空调冷量要求。

剩余热量：4657.9kW-3334kW=1324kW可作为采暖热源。

剩余冷量：3464.2kW-3000 kW=416.2kW可作为建筑物空调冷源。

4　热泵系统设计

根据上面负荷计算，共选择水源热泵机组6台，装机容量为：950kW，机组互为备用。

冬季：5台机组井筒和地面建筑提供热量，1台机组提供洗澡热水热量。

夏季：制冷初期1台机组提供洗澡热水热量，同时免费提供中央空调冷量，当室外温度升高，空调负荷增加，热泵机组逐步投入使用，最大负荷时，6台机组运行，为地面建筑提供冷量，并免费提供洗浴热水。

过渡季节：1台机组提供洗澡热水热量。

根据所选机组的参数，可提供的制热、制冷能力如下：

（1）冬季井筒防冻使用+地面建筑采暖热负荷：5× 652.2=3261kW

（2）洗澡热水热负荷：1×652.2=652.2kW

（3）夏季冷负荷：6×579.7=2900kW

所选机组的总制热能力3913 kW大于需求总热负荷3334kW，总制冷能力3480 kW大于需求总冷负荷3000 kW，故所选机组完全满足要求。

5　经济性比较

采用锅炉由于是采用矿井生产的燃煤，但是由于环保要求日益提高，配套环保设施工艺非常复杂，设备数量较多，维护工作量较大。

采用热泵机组回收了矿井产生的余热，符合国家节能环保政策，但是投资较大，运行费用较高，但是设备流程简单，维护简单，土建及电气配套投资较小。

具体比较如下：

由计算可知：

（1）节约煤炭消耗量：3548.16t

（2）年减少SO2、CO2排量：年减少SO2排量70.9632t，CO2排量9225.216t

（3）年节约运行费用：289-95=194万元

（4）投资回收期：系统投资/年节约运行费用=1429/194=7.4a

6　结语

本项目采用热泵技术回收矿井回风的低温热能，解决供热需求。不再需要锅炉的运行，大大减少了锅炉污染物的排放，政治效益突出、经济效益可观、社会效益显著。

锅炉具有投资不可回收的特点，其运行成本远远大于初期投资成本，属于资源消耗型；热泵项目具有废弃资源再利用的特点，其运行回报远远大于初期投资。（1）政治效益：变废为宝。符合国家循环经济、节能减排产业政策和内蒙省委省政府转型发展的总体要求。（2）社会效益：热泵系统无出渣、零排放，每年减少大量燃煤消耗，每年大量减排CO2，减排SO2，减排粉尘，减排NOx。随着国内雾霾天气愈演愈烈，尽量利用新能源，减少污染物排放的可能性。