洗煤车间空气环境控制节能方案设计

张立敏，牛永胜

（1.冀中能源股份有限公司，河北 邢台 054000；2.华北科技学院，河北 燕郊 101601）

0 引 言

东庞矿选煤厂1985年建成投产，建矿30多年来，原煤入洗能力由1985年的180万t，提升为450万t。选煤厂主厂房原设计采用自然通风降温方式，随着国家环保治理力度的加大，现有洗煤厂主厂房要求全部封闭，封闭后厂房无法实现自然通风，车间内空气质量下降很多，尤其夏季的到来，车间内温度高、湿度大，加之洗煤药剂产生的挥发物，导致工人健康受到很大威胁，为此需进行厂房通风改造，为生产创造安全舒适的空气环境。

1 洗煤车间通风现状

东庞矿选煤厂主厂房空间大，东西长98 m，南北宽28 m（图1），通风困难，同时内部空间根据设备情况不同，分4～8层设计，1～8轴线厂房为4层，8～15轴线为8层设计，设备布置紧密，其中4～5层设备最多，在夏季高温天气，厂房中设备运转会产生大量热和湿。

图1 洗煤车间平面示意Fig.1 Plane diagram of coal washing workshop

根据当前河北省环保的规定，为了防止车间粉尘及有害气体外排对环境造成污染，生产车间要求全封闭，车间原有的开窗通风方式无法实现，导致整个空气环境极差，尤其夏季车间高温高湿，工人健康受到严重威胁，因此进行通风改造。

2 洗煤车间空气环境控制目标及原则

设计研究目标是改善选煤厂主厂房室内生产空气质量，夏季消除洗煤车间高热、高湿状况，冬季保证供热，同时全年引入新风、排出车间污浊空气。

在当前我国环保及双碳目标形势下，提出以下原则。

（1）节能方面。洗煤厂生产车间空间变化大，实现全车间降温除湿能源消耗太大，因此考虑采用重点区域局部岗位送冷风、污染物分区控制等技术相结合实现在最小能耗的情况下改善厂房热湿环境，同时控制厂房内污染物排放。以热管技术回收车间排风冷热量降低能耗，同时引入新风排出室内污染空气。采用热泵技术回收利用选煤厂选煤补水的天然冷热源，东庞洗煤厂补水冬夏季温度变化不大，作为热泵冷热源，对于提高空调制冷的热效率有极大的优势。

（2）环保方面。采用污染物分区控制，重点针对厂房内4层车间，洗煤药剂污染物发生的部位和规律性，有针对性地设置新风系统，快速引入新风同时排出车间污染的空气。

3 洗煤车间空气环境控制工艺

考虑到选煤厂主厂房空间大，结构变化大，采用对整改车间的温湿度及空气质量控制，能源消耗太大，同时现在洗煤车间洗选设备基本实现了全自动运行，因此整改车间空气进行温湿度和空气质量控制没有必要。设计根据厂房特点，采用重点区域岗位送风，污染源重点通风的方式控制洗煤车间空气质量，同时最大限度地实现节能降耗。

采用选煤车间循环水作为热泵冷热源，夏季热泵系统向洗煤车间循环及补水池放热，冬季热泵系统从洗煤车间循环及补水池取热热，车间内通过风机盘管、射流机组对车间进行冬季供热、夏季降温，控制厂房温度和湿度（图2）。

图2 洗煤车间空气质量控制工艺示意Fig.2 Air quality control process principle of coal washing workshop

由于洗煤生产的特殊性，车间内温度高，湿度大，因此末端岗位送风设备根据室内和室外温度情况，部分末端设备直接处理室外新风送入室内，重点内部区域直接处理室内空气送到岗位。

洗煤厂浮选车间，由于使用轻质柴油等选项药剂，是洗煤车间的主要污染区域，对该区域专门设计了独立的送排风系统，同时采用热管技术实现送排风余热回收。

4 洗煤车间温湿度控制设计

基于洗煤车间的特殊空间结构和工艺特点，加之环保要求车间封闭，因此设计对洗煤车间的温湿度控制，主要采用岗位送风的方法，通过射流机组和风机盘管将处理后的空气送到工人工作区域。

夏季车间内空气温度湿度大部分高于室外温湿度，根据车间时间温度和湿度分布情况，部分设备直接处理室外空气岗位送入室内，冬季断开连接管道，处理室内空气，设备布置及新风量见表1。

表1 局部降温点级新风量统计Table 1 Statistics of local cooling point level fresh air volume

室内末端设备安装示意如图3所示。

图3 室内末端设备安装示意Fig.3 Indoor terminal equipment installation

5 洗煤车间空气质量控制设计

由于洗煤车间要求封闭，因此新风的引入主要通过设备引入和1层车间4个大门引入，考虑到4层浮选车间药剂污染，设计了独立的送排风系统，如图4所示。两侧布置的送风口采用球形喷口射流直接到达工作区，上部百叶排放口直接将污浊空气排出，夏季直接送入新风，冬季采用热管换热器进行热回收，设备原理如图5所示。

图4 洗选车间送排风布置示意Fig.4 Air supply and exhaust layout of washing workshop

图5 热管热回收新风设备设计Fig.5 Heat pipe heat recovery fresh air equipment design

6 效益分析

6.1 项目投资

该项目采用岗位送风局部降温、重点污染区域通风控制，从总体设计上降低了投资。

该系统由洗煤循环水取水系统、热泵系统、室内岗位送风末端系统、新风系统、污染区域独立送排风系统及相应的供电及电气系统、自动化控制其它附属配套设施工程构成，项目总投资估算168万元。

6.2 与传统洗煤车间空气质量投资对比

如果采用传统空调降温除湿、供热及新风方式，东庞矿洗煤车间约需要满足13 000 m2夏季除湿降温、冬季供热，还有为车间提供至少7.2万m3/h新风量，投资估算见表2。

表2 传统方式投资估算Table 2 Traditional investment estimation

6.3 经济效益

和传统设计相比，该技术节约投资300万元，同时，该系统采用热泵系统回收洗煤循环水中冷热源，热泵系统是一种有效的节能手段，可以降低一次能源的消耗。有研究表明，电动热泵的制热系数大于3，从能源利用方面看热泵就会比热效率为80%的区域锅炉房用能节省。而该系统回收的热源温度高，热泵的制热系数远大于3，因此运行费用更加节约。

7 结 论

（1）项目为改善洗煤厂生产车间高热、高湿、空气质量差的生产环境，采用热管换热技术、热泵技术、局部通风技术、流体控制技术、洁净通风技术、污染物治理等技术手段实现了为全车间四季送新风、降温除湿、供热的目标。

（2）该系统采用热泵技术夏季降温、冬季供热，采用热管技术实现新风热回收，热泵可以根据室外温度节能运行，室外温低于室内温度时热泵停止运行，末端新风系统引入室外新风，室外温度高于室内温度时回收利用洗煤厂洗煤水的天然冷热源，为车间实现了夏季降温，春秋直接供室外新风，冬季送热风，四季新风恒温。

（3）采用局部岗位送风，将新风送入工人工作区域，采用污染物分区控制技术重点解决洗选药剂对空气的污染，排出污染乏风引入新风，结合流体控制技术实现在最小能耗的情况下改善车间热湿环境。

该系统改善了职工的生存环境，保障了职工的健康，同时系统环保节能，符合我国“碳达峰、碳中和”的战略目标。