论文部分内容阅读
摘要：煤矿企业大都采用比较原始的锅炉燃煤供热满足生产和生活要求，随着矿井现代化建设步伐逐步推进，老式功能方式已经不能满足企业生存发展的需要，山东东山军城能源开发有限公司本着“节约能源、保护环境”目的，引进了水源热泵和太阳能新型企业功能方式，并将两者互补利用，将矿井建设成为国家倡导的环境友好型企业。
煤矿在生产过程中，有许多热能能够利用，列如：压风机运行余热和矿井排水余热。
关键字：新能源太阳能 矿井水余热供暖
中图分类号：TK511文献标识码： A
一、能源利用状况分析
（一）我矿压风机余热的利用
空气压缩机在运行中，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占约15%，大部分由电能转化为热量，此热量则通过冷却系统排放到环境中，不但浪费了资源，更会造成环境热污染。
（二）矿井排水余热的利用
矿井排水由井下中央泵房耐磨多级离心泵通过副井φ425排水管路排至地面集中水池，然后利用地面水源热泵泵房安装的水源热泵通过热量交换给地面供热系统补给热量。
（三）太阳能热量的应用
在建筑楼顶安装太阳能集热板，将收集的热水供给地面建成的集热水池，供给地面供热使用。
太阳能供热和水源热泵供热互补互给，能够满足全矿井供热需求。
二、新能源利用工程原理和数据计算
压风机余热可提取热量：我矿矿有压风机4台（2用2备），功率250KW的三台，功率120KW一台。（一大一小运行） 空气压缩机在运行中，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占约15%，大部分由电能转化为热量，此热量则通过冷却系统排放到环境中，不但浪费了资源，更会造成环境热污染。由于压缩机内部循环对油温有要求，加上不同温度的热值不同，换热器的换热效率不同，并非所有的热能被吸收，根据工程实际经验，可以利用的热量折合压缩机的轴功率约为60%。则通过压风机提取的热量为188.7kW。
矿井排水可提取热量：现场矿井水情况如下：每天正常排放量为11000m3，基本是24小时连续排放，平均每小时的水量为458m3；矿井水温度：23℃；矿井水最大可提取温差18℃（分两次100%提取）；可提取热量：9572KW.H。水源热泵技术是利用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，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。水源热泵机组工作的大致原理是，夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取热量。其具体工作原理如下：在制冷模式时，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向冷却水（地下水）中放出热量,形成高温高压液体，并使冷却水水温升高。制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收冷冻水（建筑制冷用水）中的热量，蒸发成低压蒸汽，并使冷冻水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环在蒸发器中获得冷冻水。在制热模式时，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向供热水（建筑供暖用水）中放出热量而冷却成高压液体，并使供热水水温升高。制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收低温热源水（地下水）中的热量，蒸发成低压蒸汽，并使低温热源水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环在冷凝器中获得供热水
矿井余热提取热量：采用风风换热器为进风井预热，根据情况现场组合，形成超大型的风风换热机组，提热量一般选择提取温差的60%，。副井需要热量为1826kW，按照排风温度20℃、进风温度-14℃，温差为34℃，可把进风温度预热到-14+34×0.6=6.4℃。按预热副井风量60%， Q=90×0.6×1.268kg/m3×(6.4+14)=1397kW，即排风预热可提取的热量为1424kW。
三、矿井所需采暖、制冷负荷
1.我矿取暖（原使用锅炉取暖）的使用场所为办公楼、宿舍楼等。原采暖方式为锅炉通过汽暖暖气片采暖，总的采暖面积为6.8万㎡、需制冷面积为53500㎡。
2.负荷计算依据:
非节能建筑普通暖气片制热负荷一般为65w/m2，因矿方部分建筑为非节能建筑，我方将供暖建筑制热调整为75w/m2 。制冷负荷标准为80w/m2，实际需求我方按100w/m2。
需要的总热负荷为:
Q=75w/m2 ×54125㎡ =4059kw
需要的总冷负荷为:
Q=100w/m2×39625㎡ =3962kw
3.井筒防冻需求
军城煤矿井口冬季风量5410m3/min；矿区夏季环境温度35- 38℃，冬季计算环境温度-13℃左右。经过综合考虑，矿井井口送风温度2℃（保证井口不结冰）的安全性要求，同时满足环境温度达到-14℃的极端环境下的使用需要。 Q=1.268kg/m³×90m³/s×［2-（-14 ）℃］=1826KW
4.各区需求负荷汇总
使用区域所需负荷
四季使用 煤矿洗浴热水用量按照180m³/天，出水水溫达到42℃，需要的热负荷：261kW
采暖季和夏季使用 办公、生活区取暖所需热负荷：4059kW
冬季使用但使用时间短于采暖季 井口防冻所需热负荷：1826kW
新能源的发展与社会支持之间是相辅相成的关系。新能源产业想要走上正轨，初步达到盈利，离不开国家和社会的大力扶持；而新能源的发展也可以解决能源危机、通货膨胀、环境问题等许多社会问题，帮助构建社会主义和谐社会。新能源的快速发展中，与其配套的各项管理与技术内容不可或缺。
我国有丰富的新能源和可再生能源。统计显示，太阳能年日照时数在2200小时以上的地区约占国土面积的三分之二以上，具有良好的开发条件和应用价值。可开发的风能资源储量为2.53亿千瓦。地热资源远景储量相当于2000亿吨标准煤，已勘探的40多个地热田可供中低温直接利用的热储量相当于31.6亿吨标准煤。
中国能源研究会的一项研究说，从长远来看，新能源和可再生能源的开发利用可以逐步改善以煤炭为主的能源结构，促进常规能源资源更加合理有效地利用，缓解与能源相关的环境污染问题，使我国能源、经济与环境的发展相互协调，实现可持续发展目标。
从近期来看，新能源和可再生能源的开发除了能增加和改善能源供应外，还将对解决边疆、海岛、偏远地区的用电用能等问题起到非常重要的作用。
多万吨碳的温室气体以及200多万吨二氧化硫等污染物的排放。
军城煤矿通过水源热泵机组和太阳能投入使用，节约了资源，减少了环境污染，实现了矿井向环境友好型、资源节约型矿井的发展。
煤矿在生产过程中，有许多热能能够利用，列如：压风机运行余热和矿井排水余热。
关键字：新能源太阳能 矿井水余热供暖
中图分类号：TK511文献标识码： A
一、能源利用状况分析
（一）我矿压风机余热的利用
空气压缩机在运行中，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占约15%，大部分由电能转化为热量，此热量则通过冷却系统排放到环境中，不但浪费了资源，更会造成环境热污染。
（二）矿井排水余热的利用
矿井排水由井下中央泵房耐磨多级离心泵通过副井φ425排水管路排至地面集中水池，然后利用地面水源热泵泵房安装的水源热泵通过热量交换给地面供热系统补给热量。
（三）太阳能热量的应用
在建筑楼顶安装太阳能集热板，将收集的热水供给地面建成的集热水池，供给地面供热使用。
太阳能供热和水源热泵供热互补互给，能够满足全矿井供热需求。
二、新能源利用工程原理和数据计算
压风机余热可提取热量：我矿矿有压风机4台（2用2备），功率250KW的三台，功率120KW一台。（一大一小运行） 空气压缩机在运行中，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占约15%，大部分由电能转化为热量，此热量则通过冷却系统排放到环境中，不但浪费了资源，更会造成环境热污染。由于压缩机内部循环对油温有要求，加上不同温度的热值不同，换热器的换热效率不同，并非所有的热能被吸收，根据工程实际经验，可以利用的热量折合压缩机的轴功率约为60%。则通过压风机提取的热量为188.7kW。
矿井排水可提取热量：现场矿井水情况如下：每天正常排放量为11000m3，基本是24小时连续排放，平均每小时的水量为458m3；矿井水温度：23℃；矿井水最大可提取温差18℃（分两次100%提取）；可提取热量：9572KW.H。水源热泵技术是利用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，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。水源热泵机组工作的大致原理是，夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取热量。其具体工作原理如下：在制冷模式时，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向冷却水（地下水）中放出热量,形成高温高压液体，并使冷却水水温升高。制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收冷冻水（建筑制冷用水）中的热量，蒸发成低压蒸汽，并使冷冻水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环在蒸发器中获得冷冻水。在制热模式时，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向供热水（建筑供暖用水）中放出热量而冷却成高压液体，并使供热水水温升高。制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收低温热源水（地下水）中的热量，蒸发成低压蒸汽，并使低温热源水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环在冷凝器中获得供热水
矿井余热提取热量：采用风风换热器为进风井预热，根据情况现场组合，形成超大型的风风换热机组，提热量一般选择提取温差的60%，。副井需要热量为1826kW，按照排风温度20℃、进风温度-14℃，温差为34℃，可把进风温度预热到-14+34×0.6=6.4℃。按预热副井风量60%， Q=90×0.6×1.268kg/m3×(6.4+14)=1397kW，即排风预热可提取的热量为1424kW。
三、矿井所需采暖、制冷负荷
1.我矿取暖（原使用锅炉取暖）的使用场所为办公楼、宿舍楼等。原采暖方式为锅炉通过汽暖暖气片采暖，总的采暖面积为6.8万㎡、需制冷面积为53500㎡。
2.负荷计算依据:
非节能建筑普通暖气片制热负荷一般为65w/m2，因矿方部分建筑为非节能建筑，我方将供暖建筑制热调整为75w/m2 。制冷负荷标准为80w/m2，实际需求我方按100w/m2。
需要的总热负荷为:
Q=75w/m2 ×54125㎡ =4059kw
需要的总冷负荷为:
Q=100w/m2×39625㎡ =3962kw
3.井筒防冻需求
军城煤矿井口冬季风量5410m3/min；矿区夏季环境温度35- 38℃，冬季计算环境温度-13℃左右。经过综合考虑，矿井井口送风温度2℃（保证井口不结冰）的安全性要求，同时满足环境温度达到-14℃的极端环境下的使用需要。 Q=1.268kg/m³×90m³/s×［2-（-14 ）℃］=1826KW
4.各区需求负荷汇总
使用区域所需负荷
四季使用 煤矿洗浴热水用量按照180m³/天，出水水溫达到42℃，需要的热负荷：261kW
采暖季和夏季使用 办公、生活区取暖所需热负荷：4059kW
冬季使用但使用时间短于采暖季 井口防冻所需热负荷：1826kW
新能源的发展与社会支持之间是相辅相成的关系。新能源产业想要走上正轨，初步达到盈利，离不开国家和社会的大力扶持；而新能源的发展也可以解决能源危机、通货膨胀、环境问题等许多社会问题，帮助构建社会主义和谐社会。新能源的快速发展中，与其配套的各项管理与技术内容不可或缺。
我国有丰富的新能源和可再生能源。统计显示，太阳能年日照时数在2200小时以上的地区约占国土面积的三分之二以上，具有良好的开发条件和应用价值。可开发的风能资源储量为2.53亿千瓦。地热资源远景储量相当于2000亿吨标准煤，已勘探的40多个地热田可供中低温直接利用的热储量相当于31.6亿吨标准煤。
中国能源研究会的一项研究说，从长远来看，新能源和可再生能源的开发利用可以逐步改善以煤炭为主的能源结构，促进常规能源资源更加合理有效地利用，缓解与能源相关的环境污染问题，使我国能源、经济与环境的发展相互协调，实现可持续发展目标。
从近期来看，新能源和可再生能源的开发除了能增加和改善能源供应外，还将对解决边疆、海岛、偏远地区的用电用能等问题起到非常重要的作用。
多万吨碳的温室气体以及200多万吨二氧化硫等污染物的排放。
军城煤矿通过水源热泵机组和太阳能投入使用，节约了资源，减少了环境污染，实现了矿井向环境友好型、资源节约型矿井的发展。