國內(nèi)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(shù)實現(xiàn)了東龐煤礦北井范圍內(nèi)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?jīng)鲲L(fēng)習(xí)習(xí),和傳統(tǒng)空調(diào)沒什么兩樣。在北井礦區(qū)熱泵機房看到,機房里整齊排列著熱泵機組和各種管道、設(shè)備,一臺供洗浴用熱泵機組正在運轉(zhuǎn)。據(jù)了解,通過回風(fēng)換熱器和熱泵裝置,就能將18至21攝氏度的礦井回風(fēng)中蘊含的熱能轉(zhuǎn)移到循環(huán)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(qū)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(fēng)和礦井排水,同時存在坑口電廠冷卻水、洗浴廢水以及工業(yè)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(huán)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(shù),像水泵一樣把這些低位熱能‘提’出來,經(jīng)過電力做功,提供可被人們所用的高品位熱能。熱泵系統(tǒng)主要由壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器等構(gòu)成。經(jīng)過整個系統(tǒng)將完成吸熱、壓縮、放熱、節(jié)流的循環(huán)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(zhuǎn)化成高溫高壓液體,所放出的熱能不斷轉(zhuǎn)移到水循環(huán)系統(tǒng)中,將水溫提升至設(shè)定的溫度供礦區(qū)采暖、洗浴等使用。
熱泵機組冬天供熱的標(biāo)準(zhǔn)工況出水溫度為45攝氏度,夏季制冷供水溫度則穩(wěn)定保持在7至12攝氏度之間。運行結(jié)果表明,設(shè)定為這兩個溫度,能效比達到較佳效果。那么,同樣一套系統(tǒng),如何滿足冬季、夏季兩種不同運行模式呢?根據(jù)不同季節(jié)通過水系統(tǒng)的切換來調(diào)整運行模式,但熱泵機組系統(tǒng)本身并不需要改變。冬季時,經(jīng)熱泵機組蒸發(fā)器提取廢熱低溫?zé)嵩吹臒崮芎螅偻ㄟ^冷凝器調(diào)節(jié)為40至50攝氏度的熱水向用戶輸出;夏季時,礦井廢熱循環(huán)水系統(tǒng)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(diào)系統(tǒng)使用。
這套系統(tǒng)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(fēng)、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(fù)雜的低品位熱能向能量提取技術(shù)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(zhì)后,直接送入熱泵機組提取熱能。而要提取礦井回風(fēng)廢熱資源,則需要開發(fā)一種設(shè)備,既能高效回收礦井回風(fēng)熱能,又能滿足礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全生產(chǎn)的要求,如現(xiàn)在采用的噴淋式礦井回風(fēng)換熱裝置。
目前,煤礦低溫廢熱回收系統(tǒng)一般只用于煤礦工業(yè)自身用途,春秋季用熱需求較小時,礦井產(chǎn)生的多余廢熱只能白白浪費掉??缂竟?jié)蓄能技術(shù)的研發(fā)成功,或?qū)浹a熱能的季節(jié)不平衡現(xiàn)象。不遠(yuǎn)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(xiàn)礦井廢熱資源在不同季節(jié)的轉(zhuǎn)移,提高系統(tǒng)的節(jié)能效果,甚至還有可能,通過高效輸配技術(shù),實現(xiàn)礦井廢熱資源跨行業(yè)、跨地域的應(yīng)用。
煤礦低溫廢熱回收利用技術(shù)具有較好的節(jié)能性和經(jīng)濟性。通過運行幾年來的數(shù)據(jù)對比,東龐礦區(qū)供熱面積6000多平方米,僅此項技術(shù)的應(yīng)用,每年就可以為該礦節(jié)約經(jīng)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(jié)能和環(huán)保是這項技術(shù)的最大優(yōu)點。煤礦廢熱資源儲量巨大,應(yīng)用熱泵技術(shù),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(xiàn)節(jié)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(huán)境污染和溫室效應(yīng)。煤礦廢熱利用系統(tǒng)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(tǒng)還具有優(yōu)良的經(jīng)濟性能。專家認(rèn)為,利用煤礦廢熱提取熱能,主要是設(shè)備的初投資,運行費較低,綜合經(jīng)濟效益明顯。與此同時,熱泵系統(tǒng)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(tǒng)可以代替原來的供熱鍋爐、空調(diào)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(diào)的50%-60%。
現(xiàn)在,河北省已有多家煤礦采用該技術(shù),從已建成項目的運行情況看,熱泵系統(tǒng)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(qū),基本都采用鍋爐供暖,直接消耗一次能源,采用該技術(shù)可大量降低一次能源消耗。以全國煤礦礦井總回風(fēng)為例,利用礦井回風(fēng)能量回收系統(tǒng),年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約750多萬噸,減少二氧化碳排放量約1800多萬噸。
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