鹤煤六矿 河南省鹤壁市 458000
摘要：在我国，采取井工开采的矿井在生产过程中，矿井排水的处理和矿井热害现象是需要面对的普遍现象。为了保证井下人员和机械的正常工作，要对矿井水及时作出处理。在矿井排出的废水和矿井回风中蕴含着大量的热能，将煤矿开采中产生废热、余热能回收，与水源热泵系统结合，能将大量不能直接利用的低温热能变成有用的高温热能，用于矿区的冬季供热、井口防冻和夏季的空调系统，不仅能取代锅炉房，减轻环境污染的压力，还能降低企业的生产能耗、提高企业的经济效益。
关键词：矿井水；压风系统；余热回收利用
1矿井水及压风系统概述
1.1矿井水简介
1.1.1矿井水来源：矿井水一般是因巷道揭露和采空区塌陷波及水源所致，其水源主要是大气降水、地表水、断层水、含水层水和采空区水等。
1.1.2矿井水热来源：在煤矿的开采过程中，涌出的矿井废水的热量来源主要是地热能；从井下岩石中涌出温度较高的深层地下水和井下机械设备用过的高温废水同样含有巨大的潜在热能。
1.1.3矿井水热能回收的必要性和可行性
（1）必要性煤炭生产过程中，据统计我国矿井废水年排放量超过40亿m3，将来还会逐年递增。大部分被直接排掉，造成水资源浪费和环境污染。面对资源日益缺乏的未来和国家策略调整，矿井水的再回收利用已经刻不容缓。（2）可行性矿井水热能赋存量巨大，与空气相比，具有容重高、比热大的特点；全年温度变化幅度小，排水温度随季节变化小；受外界环境气候变化影响小，是种稳定的低位热能。
1.2压风系统概述：在煤矿生产系统中，压风系统是必备的生产子系统，其运行状态直接影响着矿井生产的安全性。据统计，压缩空气的能源消耗约占矿井生产用电量的10%～35%，而且压缩机工作时其循环油及排气产生的热量可高达80℃以上，这部分水泵在循环油和气流中的热量约占空气压缩机输入功率的3/4左右，不仅浪费了压缩机的有效功率，还污染了环境。为了实现节能减排保护环境，对目前矿所用的空气压缩机的性能逐一进行分析比较，并将其散热系统中排出的高温热量进行回收，将这部分由余热生产出来的热水用于工业用水、恒温用水、锅炉预热水、员工洗澡用水、热水空调取暖等方面。
2矿井水及压风系统余热回收利用
2.1能源利用现状：某煤矿地面能源站现有4台离心式热泵机组，采暖季给主井、副井井筒防冻供热，夏季给井口降温系统供冷。但井下集中式降温系统冷却水通过地面冷却塔排热，上述能量没有得到有效利用，造成了能源的严重浪费。
2.1.1供暖现状：该煤矿现有3台10t/h燃煤锅炉，用于满足矿区全年洗浴热水制备、冬季建筑供暖等用热需求。余热热源情况井下制冷机组冷却水余热：水量约440m3/h，冬季水温约26℃，夏季约41℃。矿井水余热：水量约450m3/h，处理后的矿井水水温约26℃。
2.1.2管网布置和末端设备：现供热管网为室外架空或地埋方式敷设，末端散热设备：办公、生活建筑为风机盘管，生产建筑为暖气片。
2.1.3热能需求：热能需求包括全年洗浴热水制取，主副井井口防冻，矿区办公、生活、生产建筑供暖。（1）洗浴热水：设计水量1000t/天，热水水温43℃。（2）井口防冻：满足总进风量为18000m3/min的主副井井口防冻需求，冬季极寒天气条件下，保证井口进风温度≥2℃。（3）矿区建筑供暖：目前矿区需供暖的建筑面积约12万m2，包括：已有的办公/生活建筑7.9万m2、生产建筑4.1万m2。
2.2水源热泵空调系统的设计
2.2.1总体设计：在做矿井水源热泵系统设计之前，通过详细的水文地质调查，以获取矿井水的温度、涌出量、水质情况和可用量等数据，合理地配置整个系统。水源热泵空调系统的设计与施工是一项系统性工作，在其过程中要注意的问题有：（1）水源热泵机组的容量要适量；（2）媒介循环水水温的选择要适度，夏季要低些，冬季水温稍高，但不宜过高，从而能够提高水源热泵效率，降低功耗。针对煤矿工业广场的供暖空调，采用集中式水源热泵空调系统。选用大中型热泵机组，集中安装在空调冷热站内，集中设备热（冷）媒介，然后由热（冷）媒介循环泵通过空调水管路系统，将热（冷）媒介输送到各个空调房间的末端装置内，以实现供暖（供冷）。从中央水仓排出的矿井水首先进入沉淀池或除沙设备除沙；再经过板式换热器与循环水进行热交换，矿井水释放完能量后，可再供做工业用水或处理再利用；然后循环水进入水源热泵空调机组。
对于水质较好的矿井水可以不与板式换热器进行热交换，只要进行简单的水处理就可以直接进入水源热泵空调机组。对水质较差的矿井水应先经过水处理系统处理后进入中央水仓，然后再由中央泵房水泵输送到地面与板式换热器进行热交换。矿井水不直接与机组连接是为了保护机组，避免机组冷凝器（夏季）和蒸发器（冬季）结垢。
2.2.2空调系统设计
（1）水源中央空调主机（水源热泵）系统：水源中央空调（水源热泵）系统包括3个部分：主机系统、水源水管网系统、水源水系统，如图1所示。
图1 水源中央空调（水源热泵）系统
（2）空调水系统设计：水源热泵使用的水应该是洁净的软化水，因此对水质较差的矿井水，不能直接供给水源热泵。循环水在系统中呈闭路循环，并通过换热器与矿井水进行热交换。空调水系统分3个部分，它们分别为水源水系统、循环水系统、冷（热）媒水系统。
水源水系统即为矿井水系统，为保证系统运行可靠，可在水源水系统中增设过滤器和电子除垢器；循环水系统的水质应达到热水锅炉用水标准，是水源与水源热泵机组之间进行能量交换的媒介，随着机组的运行，容量会有所损耗，所以要有循环水补水泵，补充循环水的损耗；冷（热）媒水系统是设置于水源热泵机组与房间风机盘管之间的循环水系统。该系统应有冷热媒水变频补水定压机组，保持冷（热）媒水的水量和水压。
结束语
能源是我国社会经济发展所要面对的重大问题。构建清洁，安全，稳定和价格合理的能源供应体系是国家的重要战略目。通常凡是能被人类加以利用而获得有用能量的来源都可称为能源。通过与水源热泵技术的结合，可以实现矿井水热的高效利用，节约煤炭资源，减少污染，废能利用和变废为宝；开辟矿井水的利用新途径，符合建设节约型社会的要求。对实现矿区的可持续发展战略和生态矿区的目标，具有借鉴意义。
参考文献：
[1]李彦洁.基于余热回收利用的菲涅尔聚光PV/T系统热电性能研究[D].内蒙古工业大学,2016.
[2]肖兵.供热系统余热回收利用及锅炉经济合理运行分析[J].现代商贸工业,2016,3734:477.[2017-08-02].DOI：10.19311/j.cnki.1672-3198. 2016.34.276
[3]姜来勋,郭园.电瓷厂抽屉式窑炉群低品位烟气余热回收利用系统[J].电瓷避雷器,2016,01:26-28.[2017-08-02].DOI：10.16188/j.isa.1003- 8337.2016.01.006
[4]武鑫.苯菲尔脱碳系统贫液余热回收利用总结[J].中氮肥,2016,03: 34-37.[2017-08-02].DOI：10.16612/j.cnki.issn1004-9932. 2016.03.009
[5]王浩,詹茂华,曹强,王雷.加热炉余热资源回收循环利用集成系统的研究与应用[J].冶金能源,2016,3503:45-48.[2017-08-02].
论文作者:张永彪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/11
标签：矿井论文; 水源论文; 系统论文; 热泵论文; 余热论文; 水系论文; 机组论文; 《基层建设》2017年第26期论文;