走進冀中能源集團東龐煤礦北井，你會發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象：找遍這個礦區(qū)都看不到一臺鍋爐、一個冷卻塔，卻照樣能一年四季實現(xiàn)供熱制冷。
這是全國首個使用礦井回風熱泵系統(tǒng)的煤礦。4月28日，東龐煤礦水電公司副經(jīng)理馬建忠向記者揭示其秘密：從礦井回風中采集低溫廢熱當作“種子”，通過新技術(shù)“長”出新能源，實現(xiàn)冬天供暖，夏天制冷等功能。
我國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。2008年，煤礦低溫廢熱回收利用技術(shù)由冀中能源股份有限公司和北京礦大節(jié)能科技有限公司共同研發(fā)并實施。研發(fā)團隊主要成員之一、河北工程大學教授王景剛表示，采用這一技術(shù)，實現(xiàn)了全礦區(qū)范圍內(nèi)取消燃煤鍋爐，為河北省削減4000萬噸燃煤提供一種新思路。
熱泵技術(shù)將低位廢能變?yōu)榭捎媚?/span>
“冬天暖氣熱得很，夏天還能感覺到?jīng)鲲L習習，和傳統(tǒng)空調(diào)沒什么兩樣。”記者在北井礦區(qū)熱泵機房看到，機房里整齊排列著熱泵機組和各種管道、設備，一臺供洗浴用熱泵機組正在運轉(zhuǎn)。
馬建忠指著這些設備說，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(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，我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(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。“比如，全國煤礦每年外排礦井水約420億立方米，利用率卻不到30%。”王景剛介紹說。
之前不能有效利用的低位廢熱資源，怎樣才能變廢為寶呢？“說白了，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。”王景剛打了個比方，“換句話說，熱泵就相當于能源的采掘機”
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。王景剛解釋說：“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，將水溫提升至設定的溫度供礦區(qū)采暖、洗浴等使用。”
同一套系統(tǒng)滿足冬夏兩種不同運行模式
“4月28日16時23分，水溫44.6攝氏度……”在東龐煤礦熱泵機房的監(jiān)控系統(tǒng)大屏幕上，清晰顯示著這樣的實時數(shù)據(jù)。
“44.6攝氏度是當天洗浴用水的溫度。”王景剛解釋說，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(wěn)定保持在7至12攝氏度之間。運行結(jié)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(tǒng)，如何滿足冬季、夏季兩種不同運行模式呢？“我們會根據(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。”王景剛介紹說，冬季時，經(jīng)熱泵機組蒸發(fā)器提取廢熱低溫熱源的熱能后，再通過冷凝器調(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、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(shù)提出了更高要求。”王景剛舉例說，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。而要提取礦井回風廢熱資源，則需要開發(fā)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(tǒng)安全生產(chǎn)的要求，如現(xiàn)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(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。“跨季節(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。”在王景剛看來，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(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)、跨地域的應用。
1份電能可換4倍熱能，比燃煤鍋爐節(jié)能40%以上
“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，馬建忠對這項技術(shù)信心滿滿：東龐礦區(qū)供熱面積6000多平方米，僅此項技術(shù)的應用，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。
在王景剛看來，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。”他介紹說，應用熱泵技術(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。“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。”王景剛說。
此外，這套系統(tǒng)還具有優(yōu)良的經(jīng)濟性能。王景剛認為，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(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%。
“目前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。”王景剛認為，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為例，利用礦井回風能量回收系統(tǒng)，年可節(jié)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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