煤矿热能综合利用方案.docx

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1、某某煤矿热能综合利用方案某某煤矿目录一、概况3二、矿井当前供热状况及燃气用量31I矿井当前供热状况312主副井口供热实际燃气用量413主副井口供热理论燃气用量5三、可利用热能资源53.1中央风井回风热源532压风机余热热源63.3矿井排水热源7四、主副井口供暖需求热量7五、技术分析85.1 热源与热负荷分析85.2 中央风井回风取热95.3 空压机余热回收系统125.4 井口空气加热系统125.5 应急备选水源热泵系统135.6 电气、自动控制系统135.7 机房设施14六、方案及经济分析156.1 方案一156.2 2方案二176.3 方案三22七、方案比较247.1热能综合利用井口供热方案

2、对比247.1热能综合利用合同能源管理模式25某某煤矿热能综合利用方案一、概况某某煤矿工业场地建筑已经实现利用瓦斯发电余热进行供暖，利用空气压缩机余热供应澡堂洗浴用水。主副井供暖依旧采用燃气蒸汽锅炉，2台1JPZ2-1.0-Q型燃气蒸汽锅炉，额定蒸发量2000kgh,燃气消耗量1598Nmh,额定蒸汽温度184,冬季两台全开，由于燃气锅炉费用过高,而且产生二氧化碳和二氧化硫等污染物，造成环境污染和温室效应。矿井决定采用一种更经济节能的方式为冬季井筒保温供热。我矿中央风井回风量大，回风温度常年基本维持不变。回风量1218m3s,回风温度22、湿度90%,矿井回风、矿井排水及空压机中蕴含有巨大的低

3、温热能，可将这部分热能回收，用于冬季主副井口采暖用热。二、矿井当前供热状况及燃气用量1I矿井当前供热状况序号供热区域参数现状供热情况拟改造方案1建筑采暖约8万平米采用瓦斯发电余热电本暖发基供斯热足要瓦余满需2洗浴热水300t天采用压风机余执n夏季富余，冬季略有不足冬季停止使用冷却水塔，增加余热回收装置3井口防冻副井口进风125m3s主井口进风175m3s使用燃气蒸汽锅炉供热(3200kW)拟采用中央风井回风余热及压风机经计算，压风机余热完全能满足洗浴用水且有大量富余，造成冬季产生洗浴用水略有不足的原因：一是冷却水塔一直运行，带走大量余热；二是现有余热利用换热器能力不足，回收余热效率较低。1.2

4、矿井2017年-2023年天燃气用量2017年-2023年天燃气用量序号日期用气量平均单价金额（元）备注12017.11-2018.512989314.536997542地面建筑和主副井口共计用量22018.11-2019.39022394.6415029932019.11-2023.39367824.34410757542023.11-2023.36059895.03029945合计18285361平均457万元13主副井口供热实际燃气用量月份供热设备燃气使用量（m3）单价（元/m3）燃气赛用（元）2023年11月燃气蒸汽锅炉113406.1169287.42023年12月燃气蒸汽锅炉822

5、334.75390606.752023年1月燃气蒸汽锅炉652814.35283972.352023年2月燃气蒸汽锅炉613734.89300113.972023年3月燃气蒸汽锅炉4796.242988.96合计1046969元105万元1.2023年11月初，瓦斯余热利用投入使用，2台燃气热水锅炉只在天气极端寒冷时，作为瓦斯余热利用的补充热源投入使用，使用燃气量较少，忽略不计。2.2台燃气蒸汽锅炉全开，用于主副井口供暖，共计燃气费约105万元。1.4主副井口供热理论燃气用量序号项目井筒防冻1基础数据天然气热值(kJm3)334402燃气单价(元/疗)5.03采暖天数1204燃气锅炉效率93%

6、5井口供热数据进风量(m3min)副井：10500,主井：75006热负荷(kW)副井：2986,主井：21337需燃气热量(GJ)10837.508燃气量(m3)348481.63燃气费(万元)174.2经计算，井口供暖需天燃气174万元，如考虑供暖管路损耗及井口散热片的热交换效率，需要的天燃气费用将会高于理论计算值。三、可利用热能资源3.1中央风井回风热源某某煤矿工业场地中央风井的总回风量为1218m3s,回风温度相对恒定，取22。(2,相对湿度为90%,取热后温度按12。C计算，排风相对湿度按95%,采用乙二醇溶液提热技术提取回风中蕴含的热量。回风可回收热量：Q=121.81.19(60

7、.46-33.15)=3958kWo式中：Q=1hP(H-H2)1h：风井回风量，121.8m3s;P：回风空气密度,1.19kgm3;H1:回风热回收前焰值，风温22C,相对湿度90%,焰值为60.46kJkg;H2:回风热回收后焰值，风温129,相对湿度95%,焰值33.15kJkg;以上均按海拔高度按50m修正空气参数3. 2压风机余热热源矿院压风机房安装有4台450kW的空压机、4台250kW空压机、1台71OkW空压机。空压机的运行能效非常低，其有用功一般只占输入能的15%左右，绝大部分能量转换成热量，其中70%输入功率可转换为可利用热量，则空压机可回收热量为：2457kWo根据矿上

8、提供数据，工业场地矿井澡堂每天生活用水量300?,生活热水供水温度50,自来水供水温度按10计算。采用空压机作为辅助热源每日工作20小时，则需设备加热功率为：N=300m3X1OOOkca1(50oC-10oC)860kca120h=697.67kW空压机的余热利用转换效率效率为70%,则需要空压机热量为IOOOkWo剩余1457kW空压机余热可用于井筒保温。计算过程:1 .空压机正常运行可提取的热量为：Q=【(4台义45OkW)+(4台X25OkW)+(1台X710kW)X70%(回收率)=2457kW2 .300m3自来水单位小时加热需要的热量：N-300m3IOOOkca1(50-10)

9、20860kca1/kW=697.67kWh3 .洗浴热水每小时用空压机余热：697.67kWh70%=996.67IOOOkW4 .剩余空压机可用余热：2457kW-1000kW=1457kW3. 3矿井排水热源我矿井下每天排水量约2200排水时间基本集中在00:0008:00,正是一天当中气温最低，井口供暖需求热量最大的时段，可以作为中央风机回风热源及压风机余热热源的补充热源。水温约16,采用水源热泵技术将水温降至8七，运行时间按12h计算，可提取热量Q=2200m3X1000kca1(16-8)860kca112h=1705.42kW四、主副井口供暖需求热量为防止冬季井筒及井筒内生产设备

10、、各类管道结冰，保证矿井安全生产，对井筒进风采取加热措施。矿井设一个主井、一个副井，主井进风量为125s,副井进风量为175m3s,冬季极端最低平均温度为T0C,入井混风温度为2o井筒防冻耗热量计算如下：主井耗热量为：Q=1.11.281.01125(210)=2133kW副井耗热量为：Q=1.11.281.01175(210)=2986kW井筒保温总负荷:2133+298保51忌kW。井筒防冻耗热量计算公式：Q=aGrVC(2-t)式中：Q耗热量，kWa富裕系数Gr矿井进风量，m3sV进风密度，kgm3,取128(以商丘海拔50m修正)C空气比热容，kJ/(kg),取1.01t室外最低平均温

11、度，取t=-1(TC0五、技术分析5. 1热源与热负荷分析采用回风乙二醇单级取热技术+空压机余热利用技术，回收热能用于冬季井筒供暖。通过计算可知，矿井回风热量利用系统与空压机余热利用系统可提供5415kW,井筒保温总需求热量5119kW0采用此2种热能利用系统可满足井筒保温负荷需求的连续性，天气极端寒冷，回风热量和压风余热难以满足时，可将矿井排水热源作为补充。负荷类型热负荷热源供热量备注井筒防冻5119kW中央风井回风3958kW压风机余热1457kW矿井排水1705kW备用热源5.2中央风井回风取热1方式一：乙二醇单级取热系统由前节计算可知，乙二醇单级取热负荷为3958kW,考虑设备积尘效率

12、降低，设备富裕20%,选用16台回风取热箱，单机取热量300kW0布置于回风取热室内，回风取热箱内换热器翅片间距不低于3m,回风取热箱外框架尺寸2.5m2m1.5mo乙二醇单级取热系统主要设备基本技术参数序号名称型号及规格单位数量备注1回风取热箱换热量300kW台16左右各半考虑20%富裕2乙二醇循环泵Q=400m3h,H=32m,N=55kW台33乙二醇补水泵Q=12.5m3h,H=21m,N=15kW台24不锈钢水箱12m3台1乙二醇水箱5软水器Q=3th套12,方式二：喷淋乙二醇取热系统乙二醇单级取热技术需在回风口布置回风取热箱，会造成主通风机出口风阻增大，影响井下供风，采用喷淋+乙二醇

13、取热技术不影响风机出风口风阻，但需二次换热，影响换热效率。喷淋乙二醇取热系统主要设备基本技术参数序号名称数量技术参数备注1喷淋装置1套总换热量不低于4500kW,进、出风温度22C12C,喷淋循环水进出口温度10/15。需集成定制2喷淋循环泵3台Q=400m7h,H=32m,N=55kW3缓冲水箱1台容积3(rf,材质不锈钢4旋流除砂器1台水处理量不低于750m/h喷淋水处理5全自动水处理器1台水处理量不低于750m7h喷淋水处理6二次换热器2台总换热量不低于4500kWo热流进出口温度151(TC,冷流进出口温度813oCo乙二醇与喷淋水换热7乙二醇泵3台Q=400m7h,H=32m,N=55kW8软化水装置1套Q=IOtZh9乙二醇补水泵2台Q=12.5m3h,H=21m,N=1.5kW示意图21.1 式三：喷淋式换热热泵系统系统主要包括喷淋塔、水源热泵、空压机余热回收机组、水处理装置、井口换热器、循环水泵、水管道系统、配电及自控系统及土建配套系统等。(1)喷淋塔采用喷淋塔将回风热能转移至喷淋循环水中，作为水源热泵的低位热源。额定换热量4200kW,喷淋塔架设于回风扩散塔上方，以钢结构支撑。(2)水源热泵利用水源热泵以喷淋水为低位热源，制取45。C/7。C水用于采暖。喷淋式换热热泵系统主要设备基本技术参数序号名称型号及规格单位数量备注1喷淋装置换热量42