利用熱泵技術實現煤礦低溫廢熱回收

國內煤礦以前基本都采用燃煤鍋爐供暖，而燃煤是造成霧霾天氣的重要原因之一。在河北省，煤礦低溫廢熱回收利用技術實現了東龐煤礦北井范圍內取消燃煤鍋爐，為該省削減4000萬噸燃煤提供一種新思路。

冬天暖氣熱得很，夏天還能感覺到涼風習習，和傳統空調沒什么兩樣。在北井礦區熱泵機房看到，機房里整齊排列著熱泵機組和各種管道、設備，一臺供洗浴用熱泵機組正在運轉。據了解，通過回風換熱器和熱泵裝置，就能將18至21攝氏度的礦井回風中蘊含的熱能轉移到循環水中，原本無法有效利用的低位廢熱，由此搖身一變成為可利用能源，制出45攝氏度熱水或7攝氏度冷水，向整個礦區供熱和供冷。

事實上，不僅是東龐煤礦，中國大部分煤礦在開采過程中都會伴生大量礦井回風和礦井排水，同時存在坑口電廠冷卻水、洗浴廢水以及工業爐窯排煙等廢熱。這些廢熱資源儲量巨大，但由于大都溫度較低，不能直接利用，以往基本會被排放到外界環境中，造成很大的能源浪費。全國煤礦每年外排礦井水約420億立方米，利用率卻不到30%。

之前不能有效利用的低位廢熱資源，怎樣才能變廢為寶呢?就是借助熱泵技術，像水泵一樣把這些低位熱能‘提’出來，經過電力做功，提供可被人們所用的高品位熱能。熱泵系統主要由壓縮機、冷凝器、節流閥和蒸發器等構成。經過整個系統將完成吸熱、壓縮、放熱、節流的循環過程，借助儲存在煤礦廢熱中的低位熱能，將低溫低壓液體轉化成高溫高壓液體，所放出的熱能不斷轉移到水循環系統中，將水溫提升至設定的溫度供礦區采暖、洗浴等使用。

熱泵機組冬天供熱的標準工況出水溫度為45攝氏度，夏季制冷供水溫度則穩定保持在7至12攝氏度之間。運行結果表明，設定為這兩個溫度，能效比達到較佳效果。那么，同樣一套系統，如何滿足冬季、夏季兩種不同運行模式呢?根據不同季節通過水系統的切換來調整運行模式，但熱泵機組系統本身并不需要改變。冬季時，經熱泵機組蒸發器提取廢熱低溫熱源的熱能后，再通過冷凝器調節為40至50攝氏度的熱水向用戶輸出;夏季時，礦井廢熱循環水系統與熱泵機組的冷凝器相連，熱泵機組按制冷工況運行，制取7至12攝氏度的冷水，供空調系統使用。

這套系統的難點不是冬夏季不同的運行模式，而是礦井廢熱包含礦井回風、排水、洗浴廢水、坑口電廠冷水等不同類型廢熱資源，每一類都有其獨特之處，復雜的低品位熱能向能量提取技術提出了更高要求。如果廢熱源為礦井水源，礦井水就需要通過在線水處理裝置過濾和凈化水質后，直接送入熱泵機組提取熱能。而要提取礦井回風廢熱資源，則需要開發一種設備，既能高效回收礦井回風熱能，又能滿足礦井通風系統安全生產的要求，如現在采用的噴淋式礦井回風換熱裝置。

目前，煤礦低溫廢熱回收系統一般只用于煤礦工業自身用途，春秋季用熱需求較小時，礦井產生的多余廢熱只能白白浪費掉?？缂竟澬钅芗夹g的研發成功，或將彌補熱能的季節不平衡現象。不遠的將來，可以通過蓄能裝置把夏天排出來的熱能儲存起來，冬天再予以釋放，這樣就可以實現礦井廢熱資源在不同季節的轉移，提高系統的節能效果，甚至還有可能，通過高效輸配技術，實現礦井廢熱資源跨行業、跨地域的應用。

煤礦低溫廢熱回收利用技術具有較好的節能性和經濟性。通過運行幾年來的數據對比，東龐礦區供熱面積6000多平方米，僅此項技術的應用，每年就可以為該礦節約經費136萬元，同時減少煤炭消耗2958噸，減少二氧化碳排放7690噸，減少二氧化硫排放59噸。

節能和環保是這項技術的最大優點。煤礦廢熱資源儲量巨大，應用熱泵技術，消耗1份電能，就可以得到4至5倍的熱能，與燃煤鍋爐相比，可實現節能40%以上。與此同時，煤礦廢熱代替燃煤，也可以大大減少燃燒化石燃料帶來的環境污染和溫室效應。煤礦廢熱利用系統運行時可以達到零排放，無燃燒、不排煙，也沒有任何廢棄物。

此外，這套系統還具有優良的經濟性能。專家認為，利用煤礦廢熱提取熱能，主要是設備的初投資，運行費較低，綜合經濟效益明顯。與此同時，熱泵系統不僅能滿足冬季供暖的需求，還可滿足制冷、供生活熱水的要求，一套系統可以代替原來的供熱鍋爐、空調制冷和熱水加熱3套裝置，綜合成本大大降低，運行費用為普通中央空調的50%-60%。

現在，河北省已有多家煤礦采用該技術，從已建成項目的運行情況看，熱泵系統使用壽命較長，維護費用較低。全國煤礦大多分布在北方地區，基本都采用鍋爐供暖，直接消耗一次能源，采用該技術可大量降低一次能源消耗。以全國煤礦礦井總回風為例，利用礦井回風能量回收系統，年可節約標準煤約750多萬噸，減少二氧化碳排放量約1800多萬噸。

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