孫權(quán)

（中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司湖北武漢430062）

煤炭礦井回風(fēng)源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫權(quán)

（中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司湖北武漢430062）

本文介紹了某煤炭礦井回風(fēng)熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括回風(fēng)熱源能力分析，主機(jī)設(shè)備選型，經(jīng)濟(jì)性比較等，通過計(jì)算及比較，礦井回風(fēng)熱泵系統(tǒng)不僅環(huán)保而且節(jié)能，值得進(jìn)行推廣，并為類似工程提供設(shè)計(jì)參考。

回風(fēng)熱泵；節(jié)能環(huán)保；經(jīng)濟(jì)比較

1　工程概況

某煤炭礦井位于河南省平頂山市，地面建筑面積約20000m2，井口防凍的風(fēng)量為104m3/s，需要解決冬季熱源。

本工程采用回風(fēng)源熱泵方案滿足工業(yè)主場內(nèi)建筑冬季供暖及夏季空調(diào)、井筒防凍并為洗浴熱水提供熱源，從而取消燃煤鍋爐，節(jié)能、減排，減少大氣及環(huán)境污染。

2　回風(fēng)熱源分析

2.1礦井回風(fēng)參數(shù)

礦井回風(fēng)溫度基本不受室外氣溫影響并且全年都比較恒定，礦通風(fēng)風(fēng)量為97.5m3/s，全年回風(fēng)溫度21℃～26℃，濕度60%～80%。

2.2冬季提取的熱量

礦井回風(fēng)換熱量計(jì)算：

Qqd=(h1d-h2d)×pv=(52.76-24.79)×97.5×1.281=3493.4kW

按照熱泵機(jī)組的綜合能效比COP為4.0計(jì)算，則可產(chǎn)生的熱量為：Qs=Qqd/(1-1/COP)=3493.4/(1-1/4.0)=4657.9kW

2.3夏季吸收的熱量

夏季向回風(fēng)中釋放的熱量為：

Qqx=(h2x-h1x)×pv=(99.69-65.79)×97.5×1.281=4234kW

按照熱泵機(jī)組的綜合能效比COP為4.5計(jì)算，則提供的冷量為：

Qls=Qqx/(1+1/COP)=4234/(1+1/4.5)=3464.2kW

3　冷熱負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)礦井各建筑物參數(shù)進(jìn)行計(jì)算如下：

（1）井筒防凍：熱負(fù)荷1814kW

（2）地面建筑：熱負(fù)荷1200kW，冷負(fù)荷3000kW

（3）洗澡熱水：熱負(fù)荷320kW

從計(jì)算可看出回收礦井回風(fēng)熱完全可用滿足冬季中央空調(diào)、洗浴熱水和井筒防凍熱量要求和夏季中央空調(diào)冷量要求。

剩余熱量：4657.9kW-3334kW=1324kW可作為采暖熱源。

剩余冷量：3464.2kW-3000 kW=416.2kW可作為建筑物空調(diào)冷源。

4　熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上面負(fù)荷計(jì)算，共選擇水源熱泵機(jī)組6臺，裝機(jī)容量為：950kW，機(jī)組互為備用。

冬季：5臺機(jī)組井筒和地面建筑提供熱量，1臺機(jī)組提供洗澡熱水熱量。

夏季：制冷初期1臺機(jī)組提供洗澡熱水熱量，同時(shí)免費(fèi)提供中央空調(diào)冷量，當(dāng)室外溫度升高，空調(diào)負(fù)荷增加，熱泵機(jī)組逐步投入使用，最大負(fù)荷時(shí)，6臺機(jī)組運(yùn)行，為地面建筑提供冷量，并免費(fèi)提供洗浴熱水。

過渡季節(jié)：1臺機(jī)組提供洗澡熱水熱量。

根據(jù)所選機(jī)組的參數(shù)，可提供的制熱、制冷能力如下：

（1）冬季井筒防凍使用+地面建筑采暖熱負(fù)荷：5× 652.2=3261kW

（2）洗澡熱水熱負(fù)荷：1×652.2=652.2kW

（3）夏季冷負(fù)荷：6×579.7=2900kW

所選機(jī)組的總制熱能力3913 kW大于需求總熱負(fù)荷3334kW，總制冷能力3480 kW大于需求總冷負(fù)荷3000 kW，故所選機(jī)組完全滿足要求。

5　經(jīng)濟(jì)性比較

采用鍋爐由于是采用礦井生產(chǎn)的燃煤，但是由于環(huán)保要求日益提高，配套環(huán)保設(shè)施工藝非常復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量較多，維護(hù)工作量較大。

采用熱泵機(jī)組回收了礦井產(chǎn)生的余熱，符合國家節(jié)能環(huán)保政策，但是投資較大，運(yùn)行費(fèi)用較高，但是設(shè)備流程簡單，維護(hù)簡單，土建及電氣配套投資較小。

具體比較如下：

由計(jì)算可知：

（1）節(jié)約煤炭消耗量：3548.16t

（2）年減少SO2、CO2排量：年減少SO2排量70.9632t，CO2排量9225.216t

（3）年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用：289-95=194萬元

（4）投資回收期：系統(tǒng)投資/年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用=1429/194=7.4a

6　結(jié)語

本項(xiàng)目采用熱泵技術(shù)回收礦井回風(fēng)的低溫?zé)崮?，解決供熱需求。不再需要鍋爐的運(yùn)行，大大減少了鍋爐污染物的排放，政治效益突出、經(jīng)濟(jì)效益可觀、社會效益顯著。

鍋爐具有投資不可回收的特點(diǎn)，其運(yùn)行成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于初期投資成本，屬于資源消耗型；熱泵項(xiàng)目具有廢棄資源再利用的特點(diǎn)，其運(yùn)行回報(bào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于初期投資。（1）政治效益：變廢為寶。符合國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策和內(nèi)蒙省委省政府轉(zhuǎn)型發(fā)展的總體要求。（2）社會效益：熱泵系統(tǒng)無出渣、零排放，每年減少大量燃煤消耗，每年大量減排CO2，減排SO2，減排粉塵，減排NOx。隨著國內(nèi)霧霾天氣愈演愈烈，盡量利用新能源，減少污染物排放的可能性。