风源热泵技术在采暖系统的应用

摘要：东庞矿北井应用热泵技术结合井下回风，利用矿井回风换热器将矿井回风中所蕴含的大量热能转移到循环水里面，作为低温热源创新应用，解决了北井建筑供暖、井筒防冻等采暖系统，取代燃煤锅炉，减少了大气污染，取得了较好的社会效益及经济效益。

关键词：系统原理 方案实施 运转情况 经济效益

1 概述

矿井通风系统是煤矿安全生产的重要保障，对于井下开采的煤矿，通常采用抽出式通风方式，利用主扇通过回风井回风。一般情况下，矿井总回风的温度、湿度一年四季基本保持恒定，其中蕴藏大量的低温热能，这部分热能没有被利用，一般都随着矿井通风排放到大气中去，对能源的综合利用造成了很大的浪费。热泵是一种以消耗少量电能为代价，能将大量不能直接利用的低温热能变为有用的高温热能的装置。通过热泵技术可以回收矿井总回风中低温热能，从而满足工业广场地面建筑采暖、井筒防冻及职工浴室供暖的需求，实现煤矿不燃煤，取消燃煤锅炉，减少大气污染。

东庞矿北井隶属于东庞煤矿下属一个矿井，于2007年12月26日正式投产，生产能力为45万t/a的独立生产系统，有一对主副井，副井进风、主井回风。原设计采用燃煤锅炉为工业广场内建筑供暖及井筒防冻，由于燃煤锅炉不予审批，工业广场内建筑未能实现正式供暖，曾多次发生井筒结冰，罐笼抓捕器被冻造成停产，为了保证生产的正常进行必须措施解决供暖及井筒防冻问题。

北风井的回风温度冬季为18℃，夏季为21℃，回风量为5000～6000m3/min，即83～100m3/s，为热泵机组良好的热源。经专家组的技术论证，利用热泵技术回收北风井总回风中的热量，可以解决建筑供暖、井筒防冻取代燃煤锅炉供暖问题，为此对系统进行了技术论证，其技术特点如下。

2 系统原理

如图1是矿井回风源热泵系统原理图，矿井回风换热器实现将矿井回风中所蕴含的大量热能转移到循环水中，循环水做为热泵系统的低温热源，经过热泵系统提取热量后，循环水温度有所降低（一般5℃），再重新送入矿井回风换热器进行热交换循环往复，实现了热能的回收与转换。

3 方案实施

3.1 涡旋式热泵机组特点

3.1.1 采用进口全封闭的涡旋式压缩机，涡旋压缩机为全封闭型压缩机，具有效率高、噪音低、性能稳定等优点，是学术界公认的最适合用于热泵产品的一种压缩机。

3.1.2 模块化。建筑的冷暖负荷波动很大，正常负荷往往远远小于高峰负荷。采用多台模块式热泵机组组合的方式供暖和制冷可以灵活调节热泵系统的输出功率，随时满足不断变化的冷暖需求，模块化的机组采用标准设计，安装调试简单方便，为水源热泵的推广和使用提供了便利。

3.1.3 针对煤矿粉尘大的特殊情况，蒸发器和冷凝器经过特殊设计，不仅提高了换热效率，而且使水中沙子等杂质易于通过，并在卸沙口附近形成旋流，水中杂质可沉积在卸沙口附近，易于排污，热泵机组不会出现沙堵问题，提高了水源热泵的适应性。

3.2 矿井回风热交换器 回风换热器采用直接换热方式，经过喷头将水均匀喷洒在回风口内，与风为相对流向，加大水、风的温差，便于提高换热效率，保证将矿井回风中的热能回收，作为热泵系统的热源，循环使用回风换热器内的管路与喷头布置均匀，尽量减少风阻，增加风机功率。

3.3 井筒防冻散热器 矿井防冻需要热量1360kw，因冬季供水温度为50°，选取水流量大的散热器，每台供热为269kw，风量为26000m3/h，水流量6.44l/s出风温度为29°共布置十台与井口供风混合后，保证矿井在-15℃时进风温度2℃以上。

3.4 辅助设备选型 本项目辅助设备循环泵选型为低噪声屏蔽泵，每台流量300m3/h，扬程32m，电机功率30kw，运行时噪声为45dB，减少了噪声污染。

3.5 机房自动化 机房配电设施齐全，热泵机组、水泵、各项仪表与电脑连接，实现了电脑控制，机房可无人值守，减少运行费用，增加经济效益。

4 应用情况

矿井回风源热泵系统及配套技术研究项目从2008年9月开始在东庞矿北井安装施工，经过了60天的时间，完成了设备安装及实际运行发现：①矿井回风热交换器，运行状况正常，热交换器进水温度为：80C～120C。出水温度为：130C～160C。②矿井回风热交换器降低主扇噪声33dB，符合环保要求。③热泵机组运行状况正常，达到了设计要求。④井筒防冻散热器运行正常，出风温度为：280C～360C，冬季最冷时，副井井进风温度15℃左右。⑤风机盘管运行正常，办公室温度为190C～280C。

该项目达到了设计要求，工业广场建筑供暖满足《煤炭工业采暖通风及供热设计规范》要求，井筒防冻满足《煤矿安全规程》規定。矿井回风换热器降低主扇噪音33dB，同时使扩散塔出口风流得到净化。

5经济效益

项目实施后，解决了井筒防冻问题，为矿井的正常生产提供了保障。2010年多出煤93000吨/年，吨煤成本为130元/t，平均销售价格为780元/t。

2010年新增产值＝93000×780＝7254万元

2010年新增利税＝93000×(780－130)＝6045万元

项目总投资780万元

经济效益＝6045－780＝5265万元

6社会效益

通过热泵技术回收矿井回风中的热能，为东庞矿北井工业广场地面建筑供暖（空调）、井筒防冻及洗浴供暖等得到了保障，取代了燃煤锅炉，可减少煤炭消耗2958t，节约了能源，减少了CO2排放7690t，利国利民。

推荐访问:风源 热泵 采暖系统 技术