矿井余热回收再利用技术在凉水井煤矿的实践与应用

1 绪论

能量是一种能够被人们直接或间接地转换成人们需要的、能够进行工作的资源，它是我们的社会能够实现长期的稳定和发展的关键材料，因此能量是一种重要的能量来源。一次能源通常是指在没有经过任何处理和转化的情况下，存在于大自然中的原始能源，它的种类包括了化石能源、可再生能源和核电等。[1] 凉水井矿区因矿山规模扩大，企业厂区供暖建筑数量比原设计增加，目前两个 20t/h 的燃煤锅炉在采暖季对原厂区供暖的需求已经呈现出明显的短缺。同时，按照国家“十三五”时期能源消费结构调整，优先开发利用高质量可再生和洁净能源的要求，公司2 号风井广场2 座 10t/h 的链式锅炉已纳入到“政策淘汰”的范畴。再加上环境保护越来越严格，这两座 20 吨 / 小时的链式锅炉，很快就会被淘汰。全矿井场区供暖问题十分严重。本项目将对陕北地区低温气候条件下，采用自己拥有的洁净能量对矿区的废热供热进行系统的探索，从而对周围的其他公司产生示范效应。如能顺利开展，必将为该区环保事业作出积极贡献。

2 余热资源配置及利用

2.1 矿区供热负荷与余热资源热量配置

2.1.1 热用户分类

通过对凉水井矿井供热系统的分类和统计，将冷水井矿井供热系统划分为三种类型。第一种类型的热用户，可以分为生产区、办公区等建筑用热用户，其中包括原来的 95/70^∘C 热水采暖用户和 110/70^∘C 热水采暖用户 [2]。因为原有的加热系统是以锅炉作为加热源的，这一类型的热用户拥有对生产区域的加热需求比较高，对办公区域的加热需求比较低，同时还包含了蒸汽、高低温热水等多种加热方式的特征。第二种类型的热量使用者是 0.3MPa 的水蒸气饱和供暖使用者[3]。由于该类客户与矿井生产安全、斜井输送安全密切相关，尽管其供暖温度不高，但其供暖的稳定、连续程度也不低。第三组是对 55°C 的家用热水的需要。与生产用户和办公用户相比，这种用户的供暖温度较低。

2.1.2 分类热负荷与余热资源热量配置

工业现场的涌流余热、空压机余热分别为15065 千瓦、5424 千瓦、176 千瓦；二号风井的空闲空气和余热供应总量为 6997 度。由于矿区内的工业用地和二号风井的广场属于两个独立的地区，而这两个地区的废热都是比较稳定的，因此，在分配废热的过程中，应该按照分区供暖的原理来进行。从对矿区热用户分类的结果可以看出，在一类热用户中，生产区域对加热温度的需求比较高，其次是办公区域，

2.2 余热资源的利用

2.2.1 余热利用供热系统的构建

(1) 一种用空闲空气收集热量的装置。利用矿井回风处的余热，通过余风处的余热回收系统，将余风处的余热回收，供热泵系统使用。

(2) 一种井头加温装置。在此情况下，由于无风热泵的供能能力不足，因此，为了确保无风热泵的工作效率，本文将无风热泵与喷水热泵结合使用。

(3) 一种用于洗涤的净水装置。为确保传热效果，必须对蓄热室中的加热器进行清洗。

(4) 一种从地下喷发的地下水中获取热量的方法。利用地下水体的剩余热量，利用地下水体的剩余热量，实现了对地下水体的有效利用。

(5) 一种用于井口涌水加热和淋浴的热水供应装置。该热泵系统利用地下地下水的热能，为该厂房的供暖和洗澡水供应。

按照上述各个系统的描述，以及矿井类型热负载以及废热资源的热分配的计算结果，对工业场地的井眼供暖系统中的乏风和空气压缩机的余热供暖系统，工业场地的建筑物中的淋浴供暖系统中的涌水的

余热利用系统，以及二号风井的广场中的建筑物中的乏风的余热供暖系统以及井眼供暖系统中的乏风的余热供暖系统进行了系统的规划。

2.2.2 项目工程任务和规模

(1) 工业场地余热利用工程任务

本项目工程的重点是利用矿山涌水余热、回风井乏风余热、空压机余热，来解决工业场地洗浴、热水采暖、主副井筒保温的需要。

① 在井口增设抽水水泵和抽水管道，把井口污水抽到热泵站。在原有的锅炉间进行了一次地下涌水热泵站的改建，并安装了一套涌水热泵站，以满足人们洗澡和取暖的需要。本发明涉及一种适用于工业场所的热水供暖的喷泉式高温热泵系统；

② 在靠近通风房的地方，修建一个空闲的空闲取热间，并在空闲房中设置空闲取热盒，并建造一个空闲房，为空闲房的空闲设计一台空闲空气热泵 [4]。通过对主、副井口的空闲空气进行分析，提出了采用空闲空气来解决主、副井口的隔热和防冻问题。

③ 在空压室设置三台废热回收装置，并将其与户外供热供热网络原位接入，作为供热供热的补充，减少供热供热费用；

④ 对配套的工艺管道进行拆除、新建和完善。

（2）二号风井广场余热利用工程任务

本项目的重点是，在第二风井的广场上，使用二号风井的废风和废风，为场地上的公共设施提供热水和保温，彻底取代了广场上的两个 10 吨 / 小时的锅炉，在保证场地上的取暖的前提下，达到了环境保护的目的。结合本工程的现状，对本工程的主体工程和重点改建工程进行了如下的设计。

① 在煤矿采空室旁设置无风余热室，并在采空室旁设置一台无风余热机，用于采空室回风的余热回收。

② 对现有的锅炉进行改造，使之成为矿山的回风热泵室，并将其拆除，增加与此次余热使用有关的设备，该热泵室将同时承受该矿区的井下温度和供暖的热负载；

③ 对原来的风暖室进行了改造，拆除了原来的风暖室中的蒸汽式风暖器和有关的装置，增加了这一次的废热使用的矿用式风暖器和有关的装置；

④ 对配套的工艺管道进行拆除、新建和完善。

3 结论

本文对凉水井矿区余热回收供暖系统进行了设计，并对其经济效益和环境效益进行了分析，得到以下结论：采用文献调研方法，通过对矿山各种废热技术的理论分析，确定了以直接冷深火焰取热为主的乏风热泵与矿山水源热泵相配合的技术方案，以满足凉水井煤矿的供暖需求；凉水井矿井的两个工作面，分别是矿井的防冻、建筑的供暖、工人的洗澡，以及矿井的余热，可供矿井使用的洁净热源是空气压缩机的余热，以及矿井的回风和地下风井的余热。按照冷水井矿井供暖系统中的热使用者的要求，对其中的几个重要的装置如乏风热泵机组、乏风取热箱、空气供暖机组、水源热泵机组等进行了选择，给出了废热系统的配置方案，并对配套的管网和电力系统进行了优选。

参考文献

[1] 方自广 . 药企蒸汽余热回收研究 [J]. 淮南职业技术学院学报 ,2022,22(02):117-119.

[2] 汤川平 , 杨志勇 , 钟云飞 . 包装印刷行业的余热回收再利用技术现状及展望 [J]. 湖南包装 ,2021,36(06):76-78+88.

[3] 张瑞峰, 卢进南. 空气压缩机余热回收再利用控制方法研究[J].能源与节能 ,2021(10):2-6+9.

[4] 高丽 . 矿井余热回收再利用技术在凉水井煤矿的运用 [J]. 化工管理 ,2021(30):77-78.