1、煤矿系统低品位能源回收利用技术(热泵技术在煤矿低品位能源的回收及应用),山东宜美科节能服务股份有限公司二一五年十月,目 录一、背景二、煤矿系统主要用能点介绍三、煤矿系统可利用低品位能源介绍四、相关技术介绍五、案例介绍,一、背景,一、背景,受宏观经济增速放缓、能源结构优化等因素影响，主要用煤行业耗煤减少。据测算，上半年电力、钢铁、建材三个主要行业耗煤，减少煤炭消费超过1亿吨。全国煤炭企业除个别优势企业和部分上市公司外，其它大部分企业都面临亏损。在煤炭经济持续下行的情况下，煤炭企业只有通过技术革新，降低生产成本，才能生存，才能其保证微薄的企业利润。,1、经济压力,一、背景,煤炭行业是环境问题高发区
2、，排放不达标的现象已经司空见惯，地方政府之前为了大力发展经济并没有将环保问题看得如此重要，而近两年环保政策的收紧也迫使企业必须改变现有生产工艺，满足环保政策的要求。,2、环保压力,一、背景,本技术以水源热泵为核心，是以水源热泵为依托，向煤矿节能领域拓展的延伸业，其原理是通过少量的电能作为驱动力，实现低温位热能向高温位转移。从而达到冬季制热，夏季制冷，平时制取生活热水的目的。,3、技术成熟,二、煤矿系统主要用能点,二、煤矿系统主要用能点介绍,1、矿井热害治理,随着煤碳资源的相对枯竭，以及人类开采技术的不断增强，矿井开采深度也越来越深，在山东有的矿井的开采深度能达到700-1000米。个别矿井工作
3、面最高温度达30多度，相对湿度高达85%以上。严重影响了职工身体健康和煤炭开采速度，高温热害已成为矿井安全生产的关键因素。随着矿井采掘深度的逐渐加深，常规的通风模式已经不能满足矿井采掘面降温的需求，而利用的冰冷降温等方式又存在能源消耗量大的问题。利用热泵技术回收矿井中的低品位能源不但可以达到降温的目的，并且可以把吸收的低品位能源加以回收再利用。,二、煤矿系统主要用能点介绍,矿工高温作业,二、煤矿系统主要用能点介绍,2、矿区建筑的采暖与制冷,目前矿区地面建筑（办公楼、生产系统、职工宿舍、食堂等）的采暖，煤矿工人的洗浴、生活热水主要通过燃煤锅炉提供，这种做法不仅消耗大量煤炭资源，并且煤炭燃烧时排放
4、大量污染物造成环境污染。,二、煤矿系统主要用能点介绍,现有矿区建筑采暖末端主要方式,二、煤矿系统主要用能点介绍,3、井口防冻,井口是矿井与地面连接的部位，是矿山生产系统中重要的组成部分，承担着煤矿上下输送煤矿工人、煤炭的主要任务。一般矿井井口分为主、副两个井口，其中主井主要承担上下输送煤炭的任务，副井则主要承担上下输送煤矿工人的任务，并且一般的主副井口都是作为矿井的进风口。由于进风风速较大，冬季井口的进口温度一般都在0以下（以山东煤矿为例），如不提高进风温度很容易造成井口室冻结。,并且一旦井口冻结，则会造成很恶劣的煤矿事故，故冬季矿区主、副井口必须做好防冻处理。传统的井口防冻热量需求主要通过燃
5、煤锅炉提供，这种做法不仅消耗大量煤炭资源，并且煤炭燃烧时排放大量污染物造成环境污染。利用环保的热泵技术完全取消了锅炉房，实现矿区的零排放。井口防冻是煤矿的主要的一用能点，也是安全生产用能点。,二、煤矿系统主要用能点介绍,二、煤矿系统主要用能点介绍,现有矿井井口防冻设备主要方式,三、煤矿系统可利用低品位能源,三、煤矿系统可利用低品位能源介绍,1、矿井涌水,矿井涌水是流入矿井巷道内的地表水、裂隙水、老窑水、岩溶水等的总称。通常根据煤矿开采深度不同以及地下含水量的不同，经过我公司对山东多个煤矿矿井涌水温度的测量（实际排入地面涌水池的温度），一般矿井涌水的温度变化范围在1828之间，是水源热泵系统良好
6、的低温热源。,三、煤矿系统可利用低品位能源介绍,矿井涌水水池,三、煤矿系统可利用低品位能源介绍,2、洗浴废水,煤矿工人劳动强度大，生产环境比较脏，在生产过程中沾染大量的煤粉、灰尘等物质，因此每天需要大量的洗浴用水。通常煤矿的洗浴用水量一般在400m/d至600m/d（特大型煤矿除外），洗浴热水的温度一般在4045，经过使用后洗浴废水温度仍达30-35，这也是良好的低品位热源。而经过处理达到煤矿排放标准的洗浴废水温度仍能达到20-25左右，通常情况这部分水在处理后都是直接排放，造成了这部分热量的流失。,三、煤矿系统可利用低品位能源介绍,洗浴池浴,三、煤矿系统可利用低品位能源介绍,3、矿井乏风,矿
7、井通风系统是保证井下工人呼吸，减小井下有害气体量、粉尘量和湿度的安全保障系统，通过风机排出的空气即矿井乏风，又称“煤矿风排瓦斯”。指甲烷浓度低于075%的煤矿瓦斯。矿井乏风的温度、湿度一年四季基本保持恒定（基本与矿井涌水的温度相同），其中蕴藏大量的低温热能，目前绝大多数矿井的乏风热量都没有利用，同时由于矿井通风口风速快，大部分粉尘随着矿井通风排放到大气中去，即浪费了资源也污染了环境。,三、煤矿系统可利用低品位能源介绍,矿井乏风通风口,三、煤矿系统可利用低品位能源介绍,4、空压机余热,煤矿在采掘及洗煤过程中均利用到压缩空气。空压机为煤矿的生产提供了主要的动力源。空气压缩机长期连续的运行过程中，把
8、电能转换为机械能，机械能转换为风能，在机械能转换为风能的过程中，空气得到强烈的高压压缩，使之温度骤升。空气压缩过程，同时也摩擦发热，这些产生的高热由空压机润滑油的加入混合成油、气蒸汽通过风冷或水冷的方式将热量排出机体，这部分的热量相当于空压机输入功率的60%，这些热能都被无端的废弃排放大气中。,三、煤矿系统可利用低品位能源介绍,煤矿空压机房,四、低品位能源应用的相关技术,四、相关技术介绍,1、核心技术水源热泵技术,水源热泵技术是利用地球表面浅层水源中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入实现低位热能向高位热能转移的一种技术。,四、相关技术介绍,热泵工
9、作原理,四、相关技术介绍,水源热泵是目前空调系统中能效比（COP值）最高的制冷、制热方式。,四、相关技术介绍,水源热泵机组,四、相关技术介绍,水源热泵机房,四、相关技术介绍,2、热源提取技术,1）矿井乏风余热利用技术,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，一般采用抽出式通风方式，利用主扇通过回风井回风。通过在回风井口设置的轴流风机，将采掘面及巷道的空气抽取出来形成负压，同时通过主副井口自然进风来补充新鲜空气以满足生产安全需要。,四、相关技术介绍,2、热源提取技术,1）矿井乏风余热利用技术,矿井乏风有四季恒温（一般在18-28）、并且有相对湿度高、粉尘大，风速快等特点。注意：
10、由于矿井回风关系到整个煤矿井下生产安全，所以在提取这份热量时既要考虑到换热特性因素的影响，同时又要考虑到所设计的换热设备对矿井排风风阻的影响（也就是说我们在选择换热设备时，不管采取何种换热形式，都不能过大的影响排风压降）同时也要排风所含粉尘、瓦斯等废气的影响。,四、相关技术介绍,考虑到上述三个方面因素的影响，我公司采用了开式冷却塔的换热型式，选择“气水”直接接触全热交换型式，通过水的雾化喷淋同乏风的逆向接触换热，同时提取矿井乏风中的显热和潜热。将乏风的热量通过循环水系统收集起来作为水源热泵系统冷热源。提取热量后的循环水再重新送入矿井回风热交换器进行热交换，循环往复。（一般换热温差为5）,四、相
11、关技术介绍,矿井乏风余热利用原理,如上图所示，循环水通过矿井回风换热塔内部雾化喷淋与矿井乏风进行热交换后由重力作用进入汇水池，通过汇水池后自流入循环水集水池，然后通过潜水泵将循环水抽出处理后经水源热泵提取热量后再进入矿井回风换热器，完成一个循环。,四、相关技术介绍,乏风扩散塔,四、相关技术介绍,2、热源提取技术,2）矿井涌水余热利用技术,矿床开采破坏了地下水原始赋存状态并产生了裂隙,密切了大气降水、地表水、地下水和生活用水各含水层之间的水力联系,使各种水沿着原有的和新的裂隙渗入井下采掘空间形成矿井水。矿井水是采矿生产过程中排放量最多的废水。一般采用在井下设置水仓的方法将不同水平的矿井涌水收集起
12、来，再通过泵站将其抽到地表，直接作为废水排掉。目前对矿井水的研究主要集中在水质处理及再生利用上，而忽略了矿井涌水中所蕴含的低品位热能。,四、相关技术介绍,2、热源提取技术,2）矿井涌水余热利用技术,矿井涌水温度常年在1828之间，是非常好的低温热源。矿井水处理完毕排放前将其内所蕴含的热量用水源热泵技术将其提取转化为供热热源，每年可节约大量的一次能源消耗。将经过处理后的矿井水作为低温热源，通过水源热泵提取热量后再返回矿井水蓄水池循环利用。同时针对矿井水不连续排放的特点矿井水蓄水池可起到很好地调节作用。,四、相关技术介绍,矿井涌水余热利用原理,四、相关技术介绍,如图，由于现有大中型煤矿对矿井涌水的
13、处理一般采取二级处理方式，即在井下设矿井水处理系统，处理系统的目标为达到井下消防喷淋使用标准，剩余部分涌水地面矿井涌水池进行第二级处理。而矿井涌水利用的一般为二级处理以后的涌水，这部分涌水虽然热量有所损失，但是经过二级处理以后的水质，只需增加简单的处理系统即可达到直接进入水源热泵主机参与换热的要求。,四、相关技术介绍,2、热源提取技术,3）洗浴废水余热利用技术,采矿工人劳动强度大，生产环境脏，在生产过程中沾染大量的矿粉、灰尘等物质，因此每天需要大量的洗浴用水。通常洗浴热水的温度为4045，但在洗澡过程中，只利用了其中很少一部分热量，排水温度仍达3035，废水直接排入下水道，不仅造成能源浪费，也
14、给环境带来了热污染。洗浴废水的水质主要以悬浮物SS，生化需氧量BOD、COD及阴离子合成洗涤剂为主要污染物，同时含有人体的毛发、油脂和大量的细菌。洗浴废水经过处理后，可作为水源热泵的低温热源。,四、相关技术介绍,洗浴废水余热利用原理,四、相关技术介绍,如图，洗浴热水废水进入调节池前的温度为30-35左右，经过多级过滤处理后，中水温度一般在20-25，热利用方面作为水源热泵热源，热利用完成后的洗浴废水经输送至洗煤厂作为洗煤厂的工艺用水，完成利用后达标排放。,四、相关技术介绍,2、热源提取技术,4）空压机余热回收技术,空气压缩机长期连续的运行过程中，把电能转换为机械能，机械能转换为风能，在机械能转
15、换为风能的过程中，空气得到强烈的高压压缩，使之温度骤升，这是普通物理学机械能量转换现象。空气压缩过程，同时也摩擦发热，这些产生的高热由空压机润滑油的加入混合成油、气蒸汽通过风冷或水冷的方式将热量排出机体，这部分高温油、气流的热量相当于空压机输入功率的60%，它的温度通常在80（冬季）、100（夏季），这些热能由于机器运行温度的要求，都被无端的废弃排放大气中。,四、相关技术介绍,空压机余热回收器原理,四、相关技术介绍,空压机余热回收机组安装,五、案例介绍,五、案例介绍,山能集团梁宝寺煤矿热能综合利用项目,五、案例介绍,梁宝寺能源有限责任公司热能综合利用项目,梁宝寺煤矿是山能集团的“支柱企业”，年
16、生产能力400万吨。我公司利用矿上即有矿井乏风、矿井涌水、空压机余热等低品位能源取代了现有5台燃煤锅炉，满足矿区建筑供暖、井口保温、洗浴热水等用热需求，年节约标煤1.5万吨，真正实现了“产煤企业不燃”的目标。同时强调的是此项目是整个山能集团余热综合回收利用的首例，获得了2014年中国节能协会颁发的“突出贡献奖”。,五、案例介绍,梁宝寺能源有限责任公司热能综合利用项目,乏风扩散塔安装,五、案例介绍,梁宝寺能源有限责任公司热能综合利用项目,五、案例介绍,梁宝寺能源有限责任公司热能综合利用项目,空压机余热回收,五、案例介绍,梁宝寺能源有限责任公司热能综合利用项目,水处理,五、案例介绍,梁宝寺能源有限责任公司热能综合利用项目,水源热泵机房,五、案例介绍,梁宝寺能源有限责任公司热能综合利用项目,末端风盘,五、案例介绍,梁宝寺能源有限责任公司热能综合利用项目,井口防冻翅片管换热器,汇报结束 谢谢大家不足之处 敬请指正,
