浅谈煤矿进行余热资源综合利用的必要性

张奇 马勇

摘要：煤矿作为一个高能耗企业，在煤炭生产过程中产生了大量的余热资源，但由于煤矿企业本身并不缺乏能源，因此造成这些次生的大量余热资源并不被利用，而是任其排放于外界环境。不但造成了资源浪费，而且造成了严重的环境污染，例如，热污染、粉尘污染、噪音污染等。

关键词：煤矿;余热;利用;必要性

1、煤矿余热资源情况概述

煤矿可加以利用的余热资源种类繁多，通常有以下几种形式：

①煤矿瓦斯发电余热②压风机余热③井下热害所产生的热能④矿井乏风余热⑤煤矿自备电厂蒸汽余热、冷凝器凝结水余热。总的来说，煤矿余热资源不外乎热水、热气、热壤三大类。只要煤矿企业本身根据自身的余热资源特点，通过相对应的余热利用途径，都会找到合适自身发展需要的余热资源利用项目，达到节约能源消耗，产生经济、环境、社会效益的目的。

2、煤矿余热利用相关技术的简述

2.1热泵技术

热泵技术是一种以消耗少量高品位能量为代价，将大量不能直接利用的低品位热能变为可利用的高品位热能的技术。根据热泵所提取的系统热源的不同，热泵又分为以下几种形式。

①空气源②地下水源③土壤源④污水源⑤太阳能⑥矿井乏风

2.2换热技术

使热量从热流体传递到冷流体的技术叫换热技术。换热技术广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品加工、动力以及原子能工业部门当中。以换热技术研制出得换热设备根据不同的使用目的，可分为四类：加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器。

2.3防冻散热技术

防冻散热技术是专门针对工矿企业开发的一种采暖通风技术，是由传统的空气加热技术升级改造而来的。该技术主要解决了矿井井口或工厂车间内，因冬季温度太低而出现的结冰问题。使工作环境温度控制在2°C以上，防冻效果良好，保证了安全生产。其工作原理主要是，通过高温液体在闭合管路内的循环流通，使散热器内空气室的温度得到提高，再通过设备内部的风扇将高温空气从散热器内排出，从而达到提高周围环境温度的目的。

3、煤矿余热资源利用前后效果分析

以平煤十二矿为工程实例，通过对矿井乏风余热利用项目的实时分析。来说明煤矿进行余热资源综合利用的必要性。

平煤十二矿北山工区是一个远离主矿区、地处金牛山顶、海拔270米的综合性工区，该工区主要负责管理主扇、主提升、压风机、井下主排水泵的安全运转。由于该工区所处位置比较偏远，使用供气管路集中供暖无法实现，因此工区所覆盖的井筒及其它设备、设施的冬季保暖，就成为了一个急需解决的问题。从节约、环保、便利等方面出发，主扇回风井乏风余热利用成为首选。

3.1升级改造思路

利用回收主扇回风井乏风的热能作为水源热泵机组的热源。在冬季制热满足井筒保温及各处设备、设施的供暖;在夏季制冷，满足各处工作场所的降温;全年制取生活热水，满足职工洗浴的需要。

原理如图所示：

①采用换热技术，回收主扇回风井乏风中的热能。

②采用防冻散热技术，保证进风井混合空气温度满足要求。

③采用热泵技术完成高温介质与低温介质间的温度转换。

3.2实施与利用

（1）针对煤矿矿井回风粉尘大、湿度大特点，采用了高效矿井回风换热器，该换热器具有如下功能：

①气—水换热，换热效率高，不但可以回收矿井回风显热热量和还可以回收潜热热量;

②设备不产生瓦斯积聚，热交换单元无电动设备;

③不影响矿井主扇反风的要求;

④该回风换热器有很强的净化空气能力，经过回风换热后粉尘等污染物会大大的降低;

⑤增加阻力小于50Pa对风机无影响;

⑥降低风井排风的噪音可达30dB（A）。

（2）主机采用了煤矿专用高效、低噪音、免维护、涡旋水源热泵机组。

（3）针对矿井进风风量大的特点，采用了井口防冻换热器，该设备有如下特点：

①要求热源温度低（+45℃），换效率高;

②采用有风机强制对流方式，有消音装置;

③井筒防冻散热器噪音不超过50分贝;

④带除尘功能。

（4）设备布置在一个机房、提高机组备用系数、减少附属设备投资、便于管理。

（5）可以净化矿井总回风粉尘污染、降低风机主扇噪声，对环境有保护作用。

（6）工程热泵系统不直接产生废水，只在全自动过滤器工作时，排出含有粉尘污染的污水，这部分污水均排入原厂区雨水排除系统。

3.3实际应用前后的效果对比

北山回风余热利用项目应用前后经济效益对比：

（1）回风余热利用年运行费用（120万元/年）：

①2013年全年用电量：148万度*0.65元/度=96.2万元。

②人工费用：4000元*4*12=19万元。

③设备、水泵、管路、电气等易损件更换：5万元。

（2）锅炉、空调年运行费用（249万元/年）：

①柴油消耗：年消耗200吨（100吨用于冬季井口保温、100噸用于四季澡堂制取洗澡热水），每吨柴油9885.3元，共计消耗费用为9885.3*200=198万元;

②锅炉检验、维修年费用：8万元;

③锅炉值班、维护人员人工费用：6名人员，每月工资4000元/人，按12个月计算，每年支出29万元。

④办公室、车房冬季取暖、夏季制冷费用（14.3万元/年），空调用电（按7个月使用）：450度*70台*7个月*0.65元/度=14.3万元

（3）回风余热利用运行费用每年节约129万元。

4结论

通过对平煤十二矿主扇回风井乏风余热利用项目的分析与比较，我们可以充分的认识到，煤矿进行余热资源综合利用，是煤矿降低生产成本，减少排放污染物的重要途径和手段。甚至可以说，在当前煤炭经营状况如此严峻的形势下，煤矿进行余热资源综合利用已经不仅仅是节约成本，减少次生资源的浪费，降低环境污染，可以说已经到了关乎企业生存发展的地步。因此，我认为在当前形势下煤矿进行余热资源综合利用是极其必要的。

参考文献：

[1]  张培鹏，煤矿回风余热回收利用的技术研究【D】，山东：山东科技大学，2011

[2]  王艳，热泵发展历史【J】，节能，2009，28（6）：8-8

[3]  张中文，陈夫科等，矿井回风源回收技术及应用【J】，山东煤炭科技，2010，5：30-31

[4]  郭林，陈兆业，副井井口冬季空气加热方案【J】，煤炭安全，2006，（2）;15-17

（作者单位：中国平煤神马集团十二矿）