李慶林

（山西省臨汾市霍州煤電集團，山西臨汾031412）

0 引言

2013年6月14日，國務(wù)院召開常務(wù)會議，確定了大氣污染防治十條措施，根據(jù)減少污染物排放的要求，全國各地區(qū)開始全面整治燃煤小鍋爐。其中，煤炭企業(yè)根據(jù)國家環(huán)保要求，無條件取締10 t及以下燃煤鍋爐。燃煤鍋爐的取締，對于一個煤礦而言直接面臨的就是煤礦職工洗浴、采暖以及煤礦安全規(guī)程規(guī)定的井筒防凍三大問題。而這三大問題直接影響著礦井的安全生產(chǎn)，所以，解決了這三大問題對于一個礦井而言其重要性不言而喻。下面筆者就煤礦能源綜合利用方案做一簡單介紹。

1 燃煤鍋爐取締后，煤炭企業(yè)需開展能源綜合利用

1.1 空氣源熱泵機組系統(tǒng)采暖、洗浴

空氣源熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置。空氣作為熱泵的低位熱源，取之不盡，用之不竭，可以無償?shù)孬@取，且空氣源熱泵的安裝和使用都比較方便?？諝庠礋岜镁哂腥缦绿攸c：

（1）空氣源熱泵系統(tǒng)冷熱源合一，不需要設(shè)專門的冷凍機房、鍋爐房，機組可任意放置屋頂或地面，不占用建筑的有效使用面積，施工安裝十分簡便。

（2）無冷卻水系統(tǒng)，無冷卻水消耗，也無冷卻水系統(tǒng)動力消耗。另外，從安全衛(wèi)生的角度考慮，空氣源熱泵也具有明顯的優(yōu)勢。

（3）由于無需鍋爐、鍋爐燃料供應(yīng)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和煙氣排放系統(tǒng)，故空氣源熱泵系統(tǒng)安全可靠，對環(huán)境無污染。

（4）空氣源熱泵冷（熱）水機組采用模塊化設(shè)計，不必設(shè)置備用機組，運行過程中電腦自動控制，調(diào)節(jié)機組的運行狀態(tài)，使輸出功率與工作環(huán)境相適應(yīng)?？諝庠礋岜玫男阅軙S室外氣候的變化而變化。

1.2 地源熱泵機組系統(tǒng)采暖、洗浴

1.2.1 熱源

淺層地能是太陽能的一種存在形式，是地?zé)峥稍偕茉醇易逯械囊粏T。由于淺層地下收集了太陽射向地球60%的能量，相當(dāng)于人類每年能耗的近20 000倍，加上地核芯熱綜合作用，這個地層形成相對恒溫層帶，因此，與傳統(tǒng)能源相比，淺層地能具有儲量巨大、再生迅速、分布廣泛、溫度四季適中，并且取之不盡、用之不竭的特點，是巨大的“綠色能源寶庫”。

淺層地能一般只有幾攝氏度到十幾攝氏度，且分布比較分散，利用電驅(qū)動的水源熱泵（也稱“地源熱泵”）回收利用比較經(jīng)濟和方便。

1.2.2 地源熱泵機組的組成

熱泵機組裝置主要由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥四部分組成。

1.2.3 地源熱泵機組的工作原理

地源熱泵是利用淺層地能進行冷熱交換來作為地源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。

1.2.4 地源熱泵機組的特點

地源熱泵的特點是：（1）資源可再生；（2）環(huán)境效益顯著、無污染；（3）經(jīng)濟效益高、低碳節(jié)能；（4）維護費用低、自動化程度高。

1.3 工業(yè)余熱、污水源熱泵機組系統(tǒng)采暖、洗浴

1.3.1 空壓機壓風(fēng)余熱回收

礦井壓風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)必不可少的重要系統(tǒng)之一。礦井壓風(fēng)系統(tǒng)主要由空氣壓縮機、壓風(fēng)管路、閥門、相關(guān)元件、空氣過濾器、風(fēng)包、安全保護裝置等構(gòu)成。其中，空壓機站的空氣壓縮機在工作時會產(chǎn)生很大的熱量，經(jīng)常出現(xiàn)超溫報警，部分單位會將熱量引至室外。余熱回收裝置把這部分熱量通過板式換熱器利用起來，用于礦井的采暖和洗浴，基本沒有損耗，節(jié)能效果非常明顯。

1.3.2 洗浴廢水余熱回收

礦井生產(chǎn)中，職工日常洗浴廢水余熱一般在25℃左右，大部分礦井將洗浴廢水經(jīng)污水處理站處理后用作工業(yè)用水（消防）或直接排放，而洗浴廢水中所含的熱量卻白白浪費掉。通過余熱回收裝置將廢水中的熱量提取出來用于礦井洗浴，可以達到回收利用、節(jié)能降耗的效果。

2 礦井井筒防凍，保證礦井生產(chǎn)安全

煤礦安全規(guī)程規(guī)定：為防止井筒結(jié)冰，煤礦井筒溫度不得低于2℃。在煤礦井下，防止井筒結(jié)冰的辦法為輸送熱風(fēng)，使井筒內(nèi)的溫度升高，保證其不結(jié)冰。礦井通過燃煤鍋爐來實現(xiàn)熱風(fēng)的輸送，但是燃煤鍋爐能耗大、效率低，環(huán)保不達標(biāo)。

2.1 電加熱法煤礦井筒防凍

根據(jù)煤礦的實際情況及要求，將原有燃煤鍋爐輸送熱風(fēng)改為電加熱輸送熱風(fēng)形式，給煤礦帶來了顯著的經(jīng)濟效益、安全效益。

2.1.1 電加熱系統(tǒng)組成

主要由動力模塊、電加熱模塊、熱風(fēng)輸送模塊、電源模塊等組成。

2.1.2 工作原理、特點

（1）通過電加熱模塊加熱空氣，由動力模塊將熱空氣經(jīng)過熱風(fēng)輸送模塊輸送到礦井井筒，提高井筒內(nèi)溫度，達到防止井筒結(jié)冰的效果。（2）電加熱模塊在地表溫度大于2℃時自動停機，實現(xiàn)自動化控制。（3）出風(fēng)口的溫度高于50℃時，電加熱模塊順序降低負(fù)荷，動力模塊自動調(diào)整頻率，從而控制熱風(fēng)輸送量。（4）井筒巷道150 m處溫度高于3℃，電加熱模塊順序降低負(fù)荷。

2.2 空氣源熱泵井筒防凍

空氣源熱泵井筒防凍即采用空氣源熱泵機組提供熱源，為礦井井筒提供熱風(fēng)。

2.2.1 空氣源熱泵加熱系統(tǒng)組成

主要由動力模塊、空氣源熱泵模塊、熱量蒸發(fā)模塊、熱風(fēng)輸送模塊、電源模塊等組成。

2.2.2 工作原理

空氣源供熱機組是一種可以替代鍋爐不受資源限制的節(jié)能環(huán)保供熱裝置。其采用綠色無污染的冷煤，吸取空氣中的熱量，通過壓縮機的做功，產(chǎn)生熱量。熱量通過蒸發(fā)器加熱周圍空氣，由動力模塊提供動力將熱空氣輸送至礦井井筒，從而保證井筒溫度。

3 太陽能、光伏解決洗浴、采暖問題

利用太陽能制熱水，利用光伏發(fā)電進行水箱保溫，使太陽能更加充分地服務(wù)于煤礦的采暖和洗浴。

3.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器組成，其中，太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。

3.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理

光伏發(fā)電是利用太陽能級半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式。

3.3 光伏發(fā)電的特點

（1）安全可靠，無噪聲，無污染排放。

（2）光伏發(fā)電對于偏遠無電地區(qū)尤其適用，且會降低長距離電網(wǎng)的建設(shè)和輸電線路上的電能損失。

（3）能源質(zhì)量高，儲量高。每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。

（4）開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天，這一點是極其寶貴的。

（5）不受資源分布的地域限制，可有效利用建筑物的屋頂和墻壁，不需要占用大量土地。

（6）建設(shè)周期短，使用壽命長，能量回收周期短。

4 結(jié)語

煤礦能源綜合利用方案是針對鍋爐取締以后所面臨的問題而提出的，并且在霍州煤電集團個別礦井試運行；運行效果顯示，其既解決了礦井取締鍋爐后亟待解決的三大問題，又符合國家的環(huán)保政策，最重要的是節(jié)能效果還非常顯著。

各單位可根據(jù)自身的實際情況，進行優(yōu)化組合。比如：回風(fēng)井和進風(fēng)井距離近時，優(yōu)先采用乏風(fēng)水源熱泵解決采暖和洗浴；如果壓風(fēng)機房距離進風(fēng)井近，則可以考慮利用壓風(fēng)余熱解決井筒防凍；如果距離澡堂近，則考慮利用壓風(fēng)余熱解決洗浴問題；如果辦公設(shè)施距離較遠，則考慮用空氣能熱泵解決采暖問題等等。熱源綜合利用要根據(jù)各單位實際情況選擇適合自己的方案，爭取在環(huán)保的基礎(chǔ)上實現(xiàn)更大的節(jié)能。