煤矿余热资源回收利用技术的特点分析

袁晓丽

摘要：近年来，随着工业的飞速发展，我国大气环境形势严峻，区域性大气污染问题突出，直接影响经济社会可持续发展和人民群众身体健康。煤炭是我国重要的资源，煤矿企业从事煤矿的开采工作，煤炭开采过程中会产生大量余热，这些余热资源往往被浪费，甚至还会带来粉尘污染、热污染、噪声污染等。煤炭企业做为资源消耗企业，如何增加资源的利用率，降低资源损耗，成为人们关注的问题。

关键词：煤矿；余热资源；回收利用

引言

由于煤矿企业地面建构物及井筒采暖需要，一般煤矿场地内均建有燃煤锅炉。对于这部分供热锅炉，随着更加严格的排放标准的推行，其污染物排放难以达标;同时煤矿企业长期以来都采用粗放的管理模式，其场地内余热得不到有效利用，只能直接排放，导致项目能耗一直居高不下。

1煤矿余热资源

1.1矿井水余热资源

根据实地检测可以得出，矿井水流量较大，并且温度最低10℃左右。煤矿开采过程中可排出大量热，将这些热量利用技术。所以，可利用水源热泵技术进行热量提取，将矿井水增加到所需要温度，在最低水流量情况下，水的温度更低，所以这种方式可以有效地利用采矿地区资源。经过处理后的水可用于矿井防冻保暖，或者为员工生活提供热水和供热，不仅提高了矿工的生活环境，更实现余热利用。在天气炎热时，也可以利用此技术获取冷水，多方面进行利用，适当调节矿井温度。

1.2空压机余热资源

空压机主要原理是将空气吸入，进行压缩后再排出，与此同时，更产生了大量的热量，经过统计数据，其中消耗总能量中，极大一部分为热量，在未发现之前，都被释放损失大量资源。将这些热量进行回收再利用，水作为好的媒介，可以更好地利用这些热量，对水进行加热，以便供人们使用。升高水的温度更降低了空压机的温度，代替其散热机工作，更好地确保机器的正常运行。与此同时，空压机可以提供稳定热量使水处于恒温状态，水在经过处理后可用于人们的日常生活、供暖和提供热水等。不仅如此，更减少对资源的浪费，还做到余热资源二次利用。

1.3矿井回风余热资源

为了避免安全隐患，需要对矿井进行通风处理，对矿井整体工作都有重大影响。因为矿井内存在大量热，所以有着丰富的余热资源，矿井需要进行通风，与外界进行热交换，目的是使温度保持平衡，正常情况下全年恒温。矿井回风可作为一种优良的余热资源，主要可用于稳定应用。

1.4矿井排水余热资源

矿井内有大量水，需要进行排水，可对矿井排水余热进行回收利用。为了安全起见，在进行回收使用前需要对矿井水进行净化，避免对热泵机造成伤害以及排除水中有害成分。普遍要进行过滤操作，除去砂、土等物质，注意避免处理过程中热量大量流失。提前对矿井水做出及时处理，可有效地避免热泵机的损坏以及增加余热回收效率。

2矿井余热回收方案和技术指标

2.1技术实施方案

煤矿企业余热资源的回收方案可以设计如下：根据煤矿企业所处矿区的冷热需求，选择合适的热泵机组和设备；构建空压机的余热回收系统，选择空压机热水机，进行空压机余热回收；构建职工工作服的烘干系统，利用回收的余热资源，烘干员工衣服；设计矿井口防冻和保温的自动化控制系统，实现对矿井口的保温和防冻处理；设计各个设备间的连接管道、机房水源管道、机房和系统对接管道；对煤矿企业原有的矿井排水池进行改造，加装过滤装置；设计与新系统相匹配的供电配电系统；设计供冷、供暖的智能控制系统，对矿区分区、分时进行供暖或者供冷操作。

2.2技术指标

煤矿企业余热利用技术需要具有如下技术指标：在冬季，通风机供暖系统的循环水温度，需要保持在43℃以上，供水温度要大于48℃，回水温度要大于43℃；在夏季，通风机供冷系统的循环水温度，回水温度保持在12℃，供水温度保持在7℃；冬季建筑供暖系统的循环水温度，回水温度要大于45℃，供水温度要大于55℃；矿区井口的进风温度不能小于2℃；建立热水洗浴系统，满足矿区的洗浴需求，池浴温度要大于42℃，淋浴温度要大于38℃；职工工作服烘干系统，满足矿区职工衣服烘干的需求。

2.3煤矿企业余热利用技术的发展前景

煤矿企业余热利用技术有着广泛的发展前景。利用余热回收技术，可以将矿井回风和矿井水中的余热加以回收和利用，使用水源热泵技术，将回收的余热资源进行热能的转移，解决矿区井口的保温和防冻问题、职工的洗浴，衣服烘干问题，这样可以替代部分燃煤锅炉，实现了减少碳、硫、粉尘等有害物质的排放，有效节约燃煤，做到了煤炭企业的节能减排。

3热泵技术的原理与节能分析

3.1热泵技术的主要原理

热泵技术是一种高效节能技术，主要是利用高位能将热量从低位热源中提取，又将提取的该部分热能重新用于高位热源后使用。即热泵就是根据普通泵的原理，将可直接利用的低热源(如空气、土壤、水中所含的热能)转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能(煤、石油、天然气等)的目的。该技术的特点明显，一是自身是需要消耗高位能来提供机组运行所需的能量，使机组运转;二是通过机组运转把大量低热源中的热能输送至高品位，供目标用户使用。如此，目标用户将得到机组本身消耗的高位能和运行吸取的低位能。因此，热泵技术首先不存在热量的浪费，其次消耗少量的高品位能来换取3倍甚至更高的热能。所以，热泵技术是一种高效节能的供热技术。

3.2水源热泵技术原理分析

水源热泵技术是采用热泵原理，通过少量的高位电能输入将水中的低位热能资源吸收并转化至高位热能用户，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。在煤矿方面，则是利用矿井水作为热源，结合热泵技术提取热量，用于场区建筑采暖、洗浴用热等。在矿井水源热泵工作时，首先，压缩机产生的制冷剂气体具有高温高压特性，气体进入冷凝器释放热量变成高压液体，释放的热量对热水供水进行加热。其次，冷凝后的制冷剂又被膨胀阀处理成低温低压液体后进入蒸发器。进入蒸发器的低温低压液体制冷剂吸收水源中的热量形成低压蒸汽。最后，低压制冷剂蒸汽又被压缩机压缩成高温高压气体，继续进入冷凝器液化释放热量，用于加热热水供水。整个过程形成一个完整的循环系统。针对煤矿行业，水源热泵系统的供热源主要是地下存水。与空调原理不同的是，水的比热容要比空气高出很多。所以，水源热泵的系统性能系数COP要比空气源热泵更高更稳定。同时，因各地的地质条件和外界环境的不同，地下水质的硬度有很大差异。

3.3

3.4矿井水源热泵技术的特点分析

矿井水源热泵技术是利用矿井水作为热源对其热量进行提取。矿井水常年保持水温恒定，系统利用热泵机组把矿井水中的低位热能提取出来，转化为矿区生产、生活等采暖所能够利用的高位热能，是一次能源完美的替代品。同时，因其只是进行纯粹的热交换，不存在对水体污染的问题，更加环保。冬季矿井水温度一般在14～20℃，远高于室外的零下环境温度。这等同于提高了上述逆卡诺循环中的低温热源温度，也就提高了设备的能效比。所以，水源热泵系统比一般的热泵系统更加高效节能。

结语

煤矿余热资源丰富，通过目前先进的热泵技术可以回收低热—高热资源，煤矿对场地内各种余热进行了综合考虑，建立起了一套余热能源回收系统，更加精细地管理了项目余热资源，替代了燃煤锅炉，解决了煤矿节能减排问题，经济效益和环境效益显著，具有良好的推广前景。

参考文献

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［2］吴学强．瓦斯发电机组余热回收系统设计研究［J］．中国资源综合利用，2017，35(12):123－126．

［3］王银华．浅谈瓦斯发电机组余热回收利用技术［J］．科学技术创新，2019(2):196－197．