發布時間：2019-07-31所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:目前礦井所使用的洗澡用水等熱水大多是由工業燃煤鍋爐提供的，但是隨著國家對環境治理工作的進一步深化，淘汰燃煤工業鍋爐是政策導向。鍋爐取消后，如何解決礦井熱水的供應問題，成為制約礦井正常生活生產的關鍵問題。龍門煤礦結合自身實際條件，通過綜
摘要:目前礦井所使用的洗澡用水等熱水大多是由工業燃煤鍋爐提供的，但是隨著國家對環境治理工作的進一步深化，淘汰燃煤工業鍋爐是政策導向。鍋爐取消后，如何解決礦井熱水的供應問題，成為制約礦井正常生活生產的關鍵問題。龍門煤礦結合自身實際條件，通過綜合余熱節能改造項目的研究和應用，結合礦井所處地理位置的氣象環境條件、建筑條件、礦井壓風機的運行狀況、井下排水的水溫情況，綜合設計安裝了太陽能取熱、壓風機預熱回收、礦井水水溫回收相結合的水加熱系統，不但成功取消了燃煤工業鍋爐，滿足了環保的要求，同時還解決了職工洗澡的用水問題，更重要的是減少了污染物的排放和對環境的污染。
關鍵詞:綜合余熱節能改造;太陽能;壓風機預熱回收;礦井水水溫回收
0引言
目前企業職工日常洗澡所用的熱水大都是利用燃煤工業鍋爐通過燃燒煤炭產生的，特別是在煤礦企業，日常的用水量更大，造成鍋爐用煤的大量消耗，并且對環境污染也相當嚴重，燃煤鍋爐已是一種淘汰的熱水加熱方式[1]。
壓風機是礦井生產過程中必須使用的設備，運行期間會產生大量的熱量，并且熱量會使壓風機運行溫度過高，對壓風機的正常運行也會產生負面影響，縮短壓風機的運行壽命。礦井正常生產過程中，必須將礦井水排出地面，而且龍門礦礦井水水量比較大，水溫比較高，可以加以利用。如何解決鍋爐運行期間對大氣的污染，減少用煤量的消耗，減少壓風機因自身產生的熱量而引起設備壽命的縮短，同時解決職工洗澡等所需熱水的問題，成為制約礦井職工正常生活、影響生產的主要因素。
目前，解決礦井熱水供應普遍采用將燃煤工業鍋爐更換為電加熱鍋爐和燃氣鍋爐的方法。此種方法雖然解決了燃煤工業鍋爐對環境的污染問題，但是使用成本依然很高，無形中增加了企業的運行成本。本文以此為研究對象，結合龍門煤礦自身實際，通過利用太陽能片加熱熱水、壓風機熱量加熱熱水和水源熱泵加熱熱水綜合預熱利用項目解決礦井正常的熱水使用[2]，同時也解決了壓風機運行溫度過高、影響設備正常運行的弊端。
1項目的可行性分析
1.1目前現狀
龍門煤礦目前澡堂分別布置在一、二樓，一樓男澡堂有4個7.5m3浴池、40個淋浴噴頭;二樓男澡堂有3個12m3的浴池、80個淋浴噴頭;干部男澡堂有2個4m3浴池、10個淋浴噴頭。女澡堂有20個淋浴噴頭，每天有近100人洗澡。浴池每天用水量180m3;淋浴部分每天用水量為140m3。平均每天需45℃熱水320m3。水源加熱主要為2臺4T鍋爐。
1.2安裝綜合預熱利用的氣象條件分析
(1)氣溫。
全年平均溫度14.6℃，最熱月平均氣溫27.5℃，冬季通風溫度0℃，冬季采暖溫度-5℃，夏季通風溫度32℃。(2)氣壓。冬季最高氣壓1008.8hPa，夏季最低氣壓987.6hPa。(3)濕度。平均最冷月相對濕度57%，平均最熱月相對濕度75%。(4)水溫。全年平均地下水溫16～18℃，夏季水溫17℃，冬季水溫13℃，春秋季水溫15℃。根據洛陽氣象資料統計，全年陰雨雪天氣的極大值為65d。綜合氣象條件，結合龍門煤礦實際，設計安裝綜合預熱利用項目。
1.3綜合預熱利用項目設計思路
(1)太陽能系統。太陽能集中熱水系統必須是技術先進、經濟上合理，并且具有較高的安全、靈活性，能滿足各種天氣變化狀態要求[3-7]。太陽能集中熱水系統全自動運行，實時水溫水位顯示，全自動供水、補水、系統自動溫差循環，自動啟停防凍循環，系統基本實現無人值守。太陽能系統包括太陽能集熱器、全玻璃真空管、儲熱水箱、集熱循環、自動控制以及相應配套設備。結合礦井現場條件，利用聯建樓樓頂空間和充燈房房頂空間布置太陽能板和管路[8]，考慮到經濟、安全性、能效性等原則，集熱器布置屋面最大化。
工程設計采用橫插管型集熱器，安裝58mm×1800mm×50mm太陽能集熱器104組，真空管共5200支，集熱面積832m2，滿足春秋晴好天氣產生洗浴50℃熱水60m3。太陽能控制系統采用PLC+彩色觸摸屏為核心的控制器，配置水位、溫度等數據采集系統，功能包括:定溫放水、集熱循環、自動上水、供水循環(定時循環、定溫循環、定時定溫循環)等功能，全智能全自動化控制系統，在滿足全自動控制的同時，兼備人工設定系統。電氣系統具備漏電、過載、短路等保護措施。
(2)空壓機余熱回收系統�？諌簷C房有3臺250kW空壓機為井下提供壓縮空氣，目前經常開啟1臺250kW空壓機，每天加載運行20h;另一臺250kW空壓機每天加載運行10h;最后一臺空壓機作為備用設備。在此空壓機運行狀態下安裝余熱回收利用系統，春秋季每日產45℃熱水不低于140m3。
空壓機余熱回收系統采用自動感溫設計[9-18]，當空壓機運行時，余熱回收系統才開始運行，系統無負荷不運行，符合自身節能要求。系統配套水箱上要安裝有液位傳感器，可根據水箱液位自動控制熱水供水管道的開啟和關閉，達到供水的穩定。在余熱回收系統出現問題時，可迅速將循環油路及高壓氣體切換至原回路，保證空壓機的正常運行，不會因為余熱回收系統損壞而影響空壓機的正常運行。
系統具有自動報警功能，當系統有故障時，激活聲光報警器，提醒操作人員及時處理;當系統有故障不能及時排除時，系統將會停機，確保安全。當單臺空壓機停機時，對應的熱回收裝置水路能夠自動斷開，防止單臺空壓機余熱回收系統停機時，有反水現象發生。
(3)水源熱泵系統。
水源熱泵通過提取礦井井下排水中間的熱量加熱清水，以使清水滿足職工洗澡等使用的溫度[19-21]。通過太陽能、壓風機余熱利用、水源熱泵3套系統的相互配合實現礦井熱水的正常需求。水源熱泵系統利用PLC、觸摸屏和變頻器對水源熱泵進行變頻節能控制。采用變頻器配合可編程控制器組成控制單元，其中冷卻水泵、冷凍水泵均采用溫度自動閉環調節，即用溫度傳感器對冷卻水、冷凍水的水溫進行采樣，并轉換成電信號(一般為4～20mA，0～10V等)后送至PLC，通過PLC將該信號與設定值進行比較再作PID運算后，決定變頻器輸出頻率，以達到改變冷凍水泵、冷卻水泵轉速，從而達到節能目的。
2綜合余熱節能改造項目實施方案
2.1項目組成
綜合余熱節能改造項目，其包括壓風機余熱利用系統、礦井水熱源利用系統和太陽能利用系統，壓風機、余熱回收裝置、第1循環水箱，壓風機通過管道與余熱回收裝置連通，余熱回收裝置通過管道與第1循環水箱連通;礦井水池通過管道與水源熱泵連通，水源熱泵通過管道與第2循環水箱連通;太陽能集熱管通過管道與第3循環水箱連通;第1循環水箱、第2循環水箱、第3循環水箱分別通過管道連接恒溫水箱，恒溫水箱通過管道連接用水終端。第1循環水箱的出水口與余熱回收裝置的進水口之間的管道上設置有第6循環水泵。第2循環水箱的出水口與水源熱泵的進水口之間的管道上設置有第4循環水泵。
第3循環水箱的出水口與太陽能集熱管的進水口之間的管道上設置有第1循環水泵。礦井水池與水源熱泵相連接的供水管道上設置有第3循環水泵。第1循環水箱、第2循環水箱、第3循環水箱與恒溫水箱相連接的管道上分別設置有第2循環水泵、第5循環水泵、第7循環水泵。第1循環水箱、第2循環水箱、第3循環水箱分別通過設置有電磁閥4c、電磁閥4b、電磁閥4a和硅磷晶阻垢器3c、硅磷晶阻垢器3b、硅磷晶阻垢器3a的管道與自來水水源相連通。根據循環水箱液位的高低通過電磁閥的控制不斷向循環水箱內補水，硅磷晶阻垢器可以起到防止排水管路內水垢的產生，保護管道的使用壽命。
第1循環水箱與余熱回收裝置之間的管道、礦井水池與水源熱泵之間的管道、水源熱泵與第2循環水箱之間的管道上均設置有壓力傳感器和溫度傳感器。
2.2工作過程
綜合余熱節能改造項目中，各個水泵、電磁閥的自動控制以及壓力傳感器和溫度傳感器的監控均由自動控制系統進行集中控制。
(1)壓風機余熱利用系統工作過程。首先通過控制系統打開電磁閥4c，使自來水通過管道流入第1循環水箱內，使水位達到設定的最高水位;控制系統打開第6循環水泵，使第1循環水箱內的自來水不斷地在余熱回收裝置內的過水管道中進行循環，同時壓風機的高溫油流入余熱回收裝置，在余熱回收裝置內的過油通道內循環，進行油水交替換熱。
高溫油熱量被低溫的水吸收，降低了空壓機的溫度，吸收熱量升溫后的熱水通過第1循環水箱的進水口與余熱回收裝置的出水口之間的管道流入第1循環水箱內，溫度升至設定溫度后，停止加熱，然后通過第2循環水泵將第1循環水箱內的水輸送至恒溫水箱內，供用水終端使用。當第1循環水箱內的水位下降到下限水位時，通過電磁閥4c的動作重新向第1循環水箱內補水，繼續進行油與水的熱量交換，制取熱水。
(2)礦井水熱源利用系統工作過程。
首先，通過控制系統打開電磁閥4b，使自來水通過管道流入第2循環水箱內，使水位達到設定的最高水位;通過第3循環水泵將礦井水池內的井下涌出的礦井水通過管道送入水源熱泵中，同時控制系統打開第4循環水泵，使第2循環水箱內的自來水通過管道送入水源熱泵中，不斷地在水源熱泵與第2循環水箱之間進行循環，在水源熱泵內不同管路中的礦井水與自來水交替換熱，自來水吸收礦井水的熱能，當第2循環水箱內的自來水溫度達到設定的溫度時，停止加熱，通過第5循環水泵將第2循環水箱內的水輸送到恒溫水箱中，供用水終端使用。當第2循環水箱內的水位下降到下限水位時，通過電磁閥4b的動作重新向第2循環水箱內補水，繼續進行熱量交換，制取熱水。
(3)太陽能利用系統工作過程。
首先，通過控制系統打開電磁閥4a，使自來水通過管道流入第3循環水箱內，使水位達到設定的最高水位;通過第1循環水泵將第3循環水箱5內的自來水通過管道送入太陽能集熱管中，不斷地在太陽能集熱管與第3循環水箱之間進行循環，自來水吸收太陽能進行提熱，當第3循環水箱內的自來水溫度達到設定的溫度時，停止加熱，通過第7循環水泵將第3循環水箱內的水輸送到恒溫水箱7中，供用水終端使用。當第3循環水箱內的水位下降到下限水位時，通過電磁閥4a的動作重新向第3循環水箱內補水，繼續進行加熱，制取熱水。綜合余熱節能改造項目中3個獨立的自來水循環加熱系統，不間斷的制取熱水輸送至恒溫水箱內，滿足熱水的供應需求。
2.3效果分析
各系統不同季節產水量及運行時間見表1—表3結論龍門煤礦通過綜合余熱節能改造項目的實施和應用，解決了困擾礦井正常生產的職工洗澡等熱水的需求問題，同時也降低了壓風機因運行溫度過高造成的設備保護停機等現象，既確保了礦井井下正常生產的壓風需求，也大大改善了壓風機的運行環境，延長了設備的使用壽命。
參考文獻(References):
[1]國務院.《國務院關于印發大氣污染防治行動計劃的通知》國發〔2013〕37號[EB/OL].http://www.chinautc.com/templates/H_information/content.aspx?nodeid=47&page=ContentPage&contentid=75628，2014-03-13.
[2]黃素逸，杜一慶，明庭臻.新能源技術[M].北京:中國電力出版社，2011.
[3]趙玉文.21世紀我國太陽能利用發展趨勢[J].中國電力，2000，33(9):73-77.
[4]謝光明.我國太陽能熱利用的狀況與發展[J].高科技與產業化，2005(4):19-20.XieGuangming.ThesituationanddevelopmentofsolarthermalutilizationinChina[J].High-Technology&Industrialization，2005(4):19-20.
[5]何梓年.太陽能熱利用[M].合肥:中國科學技術大學出版社，2009.
[6]張守剛.太陽能空調技術的發展與現狀[J].可再生能源，2003(3):39-40.ZhangShougang.Developmentandcurrentsituationofsolarairconditioningtechnology[J].RenewableEnergyResources，2003(3):39-40.
[7]羅運俊，何梓年，王常貴.太陽能利用技術[M].北京:化學工業出版社，2005.
電力期刊推薦：中國電力主要報道全國發電廠、電力網、供用電等有關電力生產運行、設計施工、科學研究以及電力信息資源開發利用的成果，加強經營管理方面的經驗介紹;刊登電力工業技術政策、技術規程、標準及電力統計數據;適當介紹動力機械、電機電器制造部門在產品改造和改型方面的經驗以及國外電力生產、科技及經營管理方面的動態。
SCISSCIAHCI
