煤矿回风井回风源热泵空调系统技术在四台矿的应用

张海岭

（同煤集团四台矿， 山西 大同 037003）

引言

四台矿马家村风井原有2台2 t锅炉和1台120万kcal热风炉，因为北方冬季夜晚温度较低、早晚温差大，2台锅炉和1台热风炉即使全部启动，供热能力仍然不能满足需求，燃煤消耗大，设备效率低，同时需要大量的操作及维护人员；另外冬季山路陡滑，存在设备运行及维护困难的隐患，解决不好会导致井下供排水管道冻裂，影响正常生产任务。因此，对马家村回风井回风热源泵空调系统技术展开分析。

1 煤矿回风井回风源热泵空调系统

经相关领导考察与研究决定在马家村安装风源热泵系统，该系统设备采用热泵技术回收马家村矿井排风中的余热，用于提供冬季井筒防冻热量，切实解决马家村风井远离矿区冬季井筒防冻的难题。

1.1 四台矿现有矿井回风矿井排水资源统计表（如表1所示）

矿井排水4 000～5 000 m3/d，夏季水温18℃，冬季水温12℃，有地下1 000 m3地下矿井水池一座，矿井水经矿井水池后进入矿井水处理厂。

表1 四台矿井回风矿井排水资源统计表

1.2 风源热泵特点

目前热泵技术是一种能从自然界的空气、土壤或水中获得低品味热能，经过电力做功，输出到高品位热能设备中，通过转换把消耗的电力变为比电热多4～6倍以上的热能，是一种以消耗少量电能为代价，能将大量无用的低温热能变为有用的高温热能的新型高效的供能技术[1-2]。

四台矿在马家村回风井口安装了一套矿井回风换热扩散塔，将矿井回风中所蕴含的低温热能通过喷淋换热方式转移到循环液中，作为热泵系统的低温热源。低温热源通过热泵压缩机释放出热能供热，而损失热能后的冷媒再回到交换器中继续吸收回气中的热能，从而达到循环利用。目前四台矿安装了5台HE600型低噪音涡旋热泵机组，将矿井回风中所提取的低温热能转变为可利用的热能[3]。在进风井口安装5台井筒防冻加热器，满足进风井筒防冻用热需求。

1.3 风源热泵系统（如下页图1所示）

1）能量采集系统-矿井回风换热扩散塔。如下页图2所示。将矿井回风中所蕴含的低温热能通过喷淋换热方式转移到循环液中，作为热泵系统的低温热源。

2）能量提升系统-热泵机组。如下页图3所示。配置5台HE600型低噪音涡旋热泵机组，将矿井回风中所提取的低温热能转变为可利用的热能。

3）末端能量释放系统-井筒防冻加热器。如下页图4所示。配置5台井筒防冻加热器，满足4 080 m3/min进风井筒防冻用热需求。

2 社会经济效益

该设备利用矿井排风余热绿色能源替代传统的燃煤锅炉和热风炉，减少大气污染、减轻劳动力、减少能源消耗，从而达到节能减排的目的。据统计使用原有锅炉和热风炉每个供热季燃煤5 600 t，使用热泵空调系统的节能减排效益为：年减少燃煤5 600 t，CO2减排量14 560 t，SO2减排量112 t，氮氧化物减排量38.08 t，烟尘减排量1 120 t。风源热泵空调系统投入运行后，自2017年11月23日起使用热泵空调代替原有的锅炉和热风炉给井筒供热，至2018年4月底共运行160 d，运行情况良好，进风温度保持在18℃左右（煤矿安全工程要求2℃以上），总耗电量82万kWh，平均日耗电约0.5万kWh，按照电价0.54元/kWh计算，投入电费44.28万元；节约燃煤5 600 t，按照现阶段煤碳市场价格400元/t，节约资金224万元。综合计算节省资金投入179.72万元/年。

图1 系统图

图2 矿井回风换热扩散塔

图3 热泵机组

图4 井筒防冻加热器

3 结论

1）四台矿利用风源热泵技术减少了冬季给矿井井筒供热时对燃煤锅炉的依赖，既减少了二氧化硫、二氧化碳的排放，又达到了节约成本的目的。

2）风源热泵技术不受天气影响一年四季全天候运行，且系统运行安全可靠，能够避免传统锅炉运行中存在的中毒、易燃、易爆、短路等危险。

3）该系统使用寿命长，维护费用低，可实现无人化操作，全自动智能控制，对环境无污染，具有良好的社会效益。