矿井水源热能的综合利用及处理排放

摘 要：贵州某金矿在开采过程中，产生15000m3/d、温度为35℃～38℃之间的地下矿井热水，现把矿井热水的热量加以充分利用，通过水源热泵给矿浆进行加热，取代目前的锅炉加热矿浆系统，这将极大地降低能耗、节约生产成本、杜绝锅炉产生的废气和烟尘，实现清洁生产，同时被利用过的矿井水源经过处理达标排放，供给矿区周边农田灌溉。

关键词：矿井热水；水源热泵；废水处理

1 引言

据中科院一项调查显示，我国是全世界自然资源浪费最严重的国家之一，在59个接受调查的国家中排名第56位。另据统计，中国的能源使用效率仅为美国的26.9%、日本的11.5%。因此，推进节能减排，迫在眉睫。在“十二五”规划中，我国政府将能源效率列为重中之重。而在未来10年内，我国更致力于从目前的低效能源使用者变成高效能源使用者，改善能源消耗现状。

目前该金矿预氧化工艺需使用15吨循环流化床锅炉加热矿浆至75摄氏度，而该锅炉也使用八年之久，煤炭利用率低下，造成资源的严重浪费，而当地的煤含硫量都在3.5%以上，后续脱硫系统成本也较高。为了取代锅炉加热系统，本项目主要以高温水源热泵为载体，从矿井热水中提取热量为预氧化工艺中的矿浆加热，使矿井水源的热能得到充分利用。该项目主要建设内容包括井下热水供应系统、水源热泵热水热能转换系统、循环水综合治理系统三个主要工程。

2 工艺方案

在地下矿井热水源地（1097中段）建立汇水水仓，从水仓抽水至水源热泵热水热能转换系统，热能转换系统将水温加热至预氧化工艺工业要求的75℃左右，对矿浆进行加热，外排水进入循环水综合治理系统，经过处理达到排放标准后进行外排。其工艺流程见图2.1。

2.1 井下热水供应系统

在地下矿井热水源地（1097中段）建立汇水水仓，1097中段井底水仓水容量4400m3，四台水泵抽水，每台泵抽水水流量为360m3/h，其中一台为备用水泵，一台检修，两台正常使用，水泵为扬程400m。

2.2 水源热泵热水热能转换系统

2.2.1 “热泵”技术原理

“热泵”是可以把不能直接利用的低位热能转换为可以利用的高位热能，从而达到节省高位热能的目的。实质是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统。其工作原理是，由电能驱动压缩机，使工质（即制冷剂，如R22）循环运动反复发使热量不断得到交换传递，并通过阀门切换使机组实现制热功能。在此过程中，热泵的压缩机需要一定量的高位电能驱动，使蒸发器吸收低位热能，但热泵输出的热量是可利用的高位热能，在数量上是其所消耗的高位热能和所吸收低位热能的总和。

2.2.2水源热泵简介

热泵有多种，以水作为供热介质的热泵称为水源热泵。水源热泵性能系数高于空气源热泵，系统运行性能稳定。通常水源热泵消耗lkW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。热泵输出功率与输入功率之比称为热泵性能系数，即COP值，是衡量水源热泵制热的重要系数。本工程中采用半封闭螺杆压缩式热泵，其性能系数表达式为：COP=Qh/P（Qh—单位时间制热量，P—输入功率）。

水源热泵是将低温位热能“泵送”到高温位来供应热量需求的设备，其优点有：节能，有利于能源的综合利用；有利于环境保护；冷热结合，设备利用率高，节省初投资；因为它由电驱动，所以调控比较方便。

2.2.3本工程工艺设计流程

该部分为本次详细设计内容，水源热泵是一项系统工程。一般由水源系统、水源热泵机房系统和末端散热系统三部分组成。

a、本工程水源为矿井热水，其水量、水温、水质均能满足用户制热负荷的需要。在矿井水源地（1097中段）建立水仓，汇集井水，便于集中抽水至水源热泵机组。主要建筑物包括水仓、水泵及控制系统。

水仓的作用是，在矿井水流量不稳时，利用储存的水继续供给热泵机组，避免造成停机事故影响生产。

b、水源热泵机房系统包含超高温型水源热泵机组、循环水泵、补水系统及其附属设施。

c、末端散热系统即矿浆加热处理系统。在矿浆槽内加盘管散热器，通过换热热水将热量传导给矿浆使矿浆从40℃加热到75℃。

2.3 循环水综合治理系统

从上一系统来的水流到调节池，经调节池进入到混凝池，通过加入聚合硫酸铁，使其与水中的含砷污染物质结合，形成含砷沉淀细小颗粒物。然后溢流至絮凝池，投加絮凝剂（PAM），通过絮凝剂的架桥、网捕作用使小颗粒变成易沉淀大颗粒。形成大颗粒的污水进入沉淀池进行清、浊分离，可沉淀物沉淀到池底，沉淀后的污泥排到污泥池。沉淀池中的上清液进入中间水池过渡，中间水池的污水经过泵的作用进入砂滤系统过滤，进一步去除热水中的颗粒物，使热水通过排放口可以稳定达标排放。

3 主要经济指标

本项目建设总投资4500万元，其中井下热水供应系统为512万元，热水热能转换系统建设为2988万元，循环水综合治理系统建设为590万元，其他费用410万元。其主要经济指标见表3.1。

4、结论

本项目主要建设满足该金矿工艺要求，使矿井水源热能得到了充分的利用，符合国家相关产业政策和发展规划，符合地区产业结构的需要，有利于加快贵州省“十二五”期间节能减排工作的开展和地区国民经济的快速发展。项目的实施不仅能够节约能源和资源，而且有利于环境保护，提高资源的综合利用率，降低企业的生产成本，对企业的可持续发展起到显著的促进作用。

参考文献

[1]吴展豪，李建红，郭志平.水源/地源热泵应用设计手册[G].美意公司，2009.

[2]余国和，沈志光. 中国热泵应用的尝试和前景[J].制冷学报，1988，2：54-58.

作者简介：安邦超（1984-），男，苗族，贵州思南，本科，助理工程师，研究方向：矿物加工工程。

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