煤矿水源热泵可行性研究报告

0 目 录 一、前言 1 二、工程概况 3 三、设计依据 4 四、冷热负荷估算 4 五 、 技 术 方 案 及 主 要 设备 7 六、方案说 1 明 13 七、经济性分析 15 八、问题与建议 20山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 2 一 、前言 我国是能源消耗大国，也是节约能源潜力非常大的国家。数据表明：目前每百万美元能耗，我国是世界平均水平的 济合作发展组织 )国家和地区的 是日本的 9倍。出 于保护环境和可持续发展的考虑，我国已经将节能减排列为经济发展的国策，节能市场潜力巨大，商机无限。把握这一历史性机遇的投资者必将获得巨额经济回报。 地源热泵（ 称 利用地球表面浅层地能资源（地下岩石、土壤、地下水或地表水）作为冷、热源进行能量转换的供热制冷空调系统。地表浅层地能资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的空调冷热源。使用表明：地源热泵比传统空调系统运行效率要高 40 % 60 % ，可节省运行费用 40 % 60 %。可以替代锅炉燃烧供热，没有排放物及废弃物，不需要堆放燃料和废物的场地，以及不用远距离输送热量，地源热泵成为真正的环保型空调。据统计，在家用供热装置中，地源热泵所占的比例，瑞士为 96%，奥地利为 38%，丹麦为 27%；在美国， 2001年已安装 40万台地源热泵；在加拿大地源热泵以每年 20的递增销量而处于各种热泵系统的首位。由于其节能和环保的双重效益，国际上将地源热泵列入 21 世纪最有发展前途的 50项新技术之一。 进入 21世纪，中国更加重视节约资源，发展循环经济，保护生态环境。以科学发展观统领经济社 会发展全局，节能降耗和污染减排，加快山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 3 建设资源节约型、环境友好型社会，坚持节约发展、清洁发展、安全发展，实现可持续发展已经成为今后经济发展的基本国策。 根据中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年（ 20062010年）规划纲要，国家发展改革委和国家环保总局联合印发了煤炭工业节能减排工作意见，提出了煤炭企业节能减排的发展目标：到“ 十一五”末，煤炭企业单位生产总值能耗比 2005年下降 20%。目前，我国经济结构不合理，经济增长方式粗放，又处在工业化进程和消费结构升级加快的历史阶段，节约能源资源和保护生 态环境形势十分严峻，完成节能降耗和污染减排的任务非常艰巨。煤炭行业作为能源消耗重点行业，节能减排工作势在必行。山东省为鼓励节能，约束能源浪费行为，制定了一系列节能减排监督考核管理办法，突出加强了对超标准能耗的处罚和治理，节能减排已经成为企业生存与发展、产业升级与经济效益的关键问题。 目前，福兴煤矿计划在工业广场内，利用地源热泵系统取代传统的锅炉供暖系统。该地源热泵系统能否正常运行的关键在于是否有稳定的热源。根据计算，该系统需要提供的热量为 1929 兴煤矿广场内井下排水可以作为地源热泵系统的热源供应。 另一方面，工业广场的回风井，其回风在冬季可以保持在温度 20，相对湿度 95%以上，也是可利用的热能载体，风量较大且稳定，福兴矿北部扩大区风量在 60秒以上，目前的回风热能提取技术，可以吸收回风中的热能，能够满足地源热泵系统的热源供应要求。 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 4 本工程利用矿井回风中的地热能属于地热能利用项目，符合国家“十一五”十大节能工程的相关条件，享受国家相关节能减排的优惠政策和节能补足。为进一步完善有利于节能减排的财税政策，以确保“十一五”节能减排目标的实现，国家税务总局已经采取了一系列措施。根据最新颁布的企业所得税 法，企业从事符合条件的环境保护、节能节水项目的所得，可以免征、减征企业所得税。企业购置用于环境保护、节能节水、安全生产等专用设备的投资额，可以按一定比例实行税额抵免。 该项目既有矿井现实的生产需要，又有获得研究成果大范围推广应用的潜力，也有争取国家优惠政策的可能。 该项目在福兴煤矿的实施，可以为福兴煤矿节约 4758吨标准煤 /年（北部扩大区节约 3663吨 /年，南部老矿区节约 1095吨 /年），折二氧化碳当量为减少排放二氧化碳 12371吨 /年，以该系统正常运行 20年计算，可以减少二氧化碳排放约 25万吨。 二 、工 程概况 福兴煤矿位于山东省枣庄市峄城区古邵镇境内，在枣庄市西南约20京杭大运河仅 1兴煤矿原为枣庄市峄城区曹庄镇镇办煤矿，后改为峄城区区属煤矿。 1998年 8月破土兴建，年设计生产能力 6万吨。后经上级核定生产能力为 25万吨。 2007年 2月依法获得了曹庄井田的探矿权，探矿范围 即福兴煤矿北部扩大区。 项目名称：山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程 本方案包括以下内容： 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 5 1、北部扩大区 （ 1）供暖、空调。工业场地生产、辅助建筑物的供暖空调方案。 （ 2）浴室的卫生热水供应。包括浴池 及淋浴的热水方案。 （ 3）井筒防冻方案。 2、南部老矿区 （ 1）浴室的卫生热水供应。包括浴池及淋浴的热水方案。 拟采用水源热泵中央空调系统提供矿区建筑供暖、空调、卫生热水以及井筒防冻的需求。 三、设计依据 1、福兴煤矿基础资料 2、水源热泵技术参数及相关配置 3、采暖通风与空气调节设计规范（ 4、公共建筑节能设计标准 、 城市热力网设计规范 (6、建筑给水排水设计手册 四、冷热负荷估算 年采暖总天数： 110d 冬季采暖室外计算温度： 夏季通风室外计算温度： 31 夏季空气调节室外计算温度： 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 6 冬季空气调节室外计算温度： 冬季极端最低温度平均值： 夏季极端最高温度： 42 冬季主导风向： 季室外平均风速： s 夏季室外平均风速： s 冬季室外计算相 对湿度： 67 夏季室外计算相对湿度： 79 最大冻土深度： 内空气设计参数 夏季室内空气设计温度： 24 26； 建筑物室内采暖设计温度： 1、重要的轻作业厂房为 16 18； 2、一般轻作业厂房为 14 16； 3、重作业厂房及作业人员很少的生产系统建筑为 10 12； 4、热作业厂房及带式输送机栈桥、库房等为 5 8； 5、行政福利及民用建筑为 20 22； 冷负荷 负荷 福兴矿井工业广场采暖建筑面积约 14120业广场建筑供暖总热负荷为 1133 要制冷的建筑面积约 13140冷总冷负荷为 1276 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 7 工业广场建筑供暖及供冷负荷估算表 4号 建筑名称 供暖面积(热负荷 冷负荷 备 注 单位面积热负荷(W/总热负荷 (单位面积冷负荷(W/总冷负荷 (1 3520 80 20 建筑面积 347 2 机修车间 630 50 00 63 3 材料库 80 90 00 8 总建筑面积 490 4 通风机房 50 100 5 120 6 总建筑面积 144 5 栈桥及煤仓 980 100 98 6 副井绞车房 300 80 24 120 36 7 主井绞车房 400 80 32 120 48 8 办公楼 4500 80 360 100 450 9 联合建筑 3000 80 240 100 300 10 职工食堂 700 80 56 120 84 11 单身宿舍 3400 80 272 80 272 12 门卫室 60 100 6 120 13 合 计 14120 1133 1276 室热水负荷 （ 1）浴室热负荷计算 浴室热水用水量按每天 100 加热时间按 10小时计算，则每小时所需供热负荷为： Q=10 (42 30东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 8 南部老矿区浴室热负荷为 300 井筒防冻热负荷 进风量 60 m3/h Q= 60 (2+11)= 1009 总热、冷负荷 采暖热负荷为： 1133 洗浴热负 荷为： 430 井筒防冻热负荷为 1009 冷负荷为： 1276 五、技术方案及主要设备 要设备选型 根据以上冷热负荷同时考虑到同时使用系数，选用水源热泵 台。 （ 1）冬季 5 台热泵机组全部工作，其中 2 台 于采暖 1 台2台 （ 2）夏季 2 台 组工作，系统设计考虑将空调冷凝热回收山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 9 对洗澡水加热，夏季可以提供完全免费的生活热水。 （ 3）春、秋季只提供卫生热水。由 1 台机组 组工 作，用于提供热水可满足要求。 （ 4）南部老矿区选择一台 泵机组，提供一年四季的生活热水，夏季可以进行冷量回收，作为机房周边办公楼空调的冷源。提供完全免费的冷气。南部老矿区的改造根据已有情况下一阶段作进一步优化设计。本次设计主要针对，北部扩大区新建工业场地的水源热泵工程进行详细设计。 表 5泵机组型号 义制热量 源流量 66.4 m3/h 循环水流量 103.4 m3/h 名义耗电功率（ 制热） 制系统 人工智能汉显控制器 名义工况 制热出水温度 40 50 外形尺寸（长宽高） 量 4300 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 10 机房主要设备 表 5序号 名 称 型 号 单位 数量 作用 备 注 01 水源热泵机组 5 夏季空调冷源 冬季空调热源 制取生活热水 冷冻水 712 冷媒： 水 4050 02 空调冷热循环泵 4 30 冬季使用四台 夏季使用两台 03 生活热水热媒水 循环泵 2 生活热水热媒循环动力 一用一备 定速泵 04 生活热水供水泵 2 生活热水循环动力 一用一备 变频控制 05 板式换热器 换热量 600 3 06 全程水处理仪 台 1 去除水源水中的水垢、水锈及其他杂质 07 定压补水 1 08 软化水 1 09 全程水处理器 台 1 10 氢气定压罐 =3200 套 1 11 除砂器 个 1 去除水源中的砂粒和杂质 12 过滤器 1 13 热水水箱 5000 50002000 个 1 机房总体面积约： 300平方米，见机房平面布置图。 机房设备装机功率为 820 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 11 水源热泵机房平面布置图 源（水源） 冬季最冷时，采暖、生活热水共 5台热泵机组全负荷运行。总热负荷为 2572照热泵机组的平均能效比 需要从热源中提取的热量为： s (1=2572 (1) =1929中 : 冬季需要吸收的热量， s 冬季设计总热负荷， 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 12 水源热泵机组综合能效比为 提取水温差为 10，则机组最大需水量为 165 h，取 180 h。 源）的确定 热源采用“矿井排水 +生活污水 +矿井回风热回收系统” 根 据福兴矿初步设计资料，考虑到矿井生产过程中矿井排水的特点，本设计计划利用 50 h 的矿井排水作为水源热泵机组的热源，同时考虑利用 30 h 的处理后的生活污水，不足部分利用矿井回风热能作为水源热泵的热源。 矿井排水 +生活污水换热量计算： 10=80 10 =930中 : 排水换热量， p 矿井排水量， h 换算系数 10 矿井水取 10温差 矿井回风温度基本不受室外气温影响并且全年都比较恒定，福兴矿山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 13 开 采水平为 计回风温度冬季在 20左右。福兴矿通风风量为60 m3/s，按回风温度 18，相对湿度为 95%，提取热量后的回风温度为9，相对湿度为 100%，则可以从回风中提取的热量为： 60 60 1707kW 风温度为 18，相对湿度为 95%时的焓， kj/ 风温度为 9，相对湿度为 100%时的焓， kj/ p：回风平均空气密度， v：回风量， s。 930+1707=2637过以上计算看出，矿井排水 +生活污水 +矿井回风总换热量大于水源热泵机组所需换热量，所以“矿井排水 +生活污水 +矿井回风热回收系统”可以保证系统正常运行。 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 14 六、方案说明 水源热泵供暖空调系统是一种高效节能的环保型空调系统。具有以下特点： （ 1） 水源热泵机组的运行没有任何污染，没有燃烧，没有排烟也没有废弃物，不需要堆放燃料 及 废物的场地。 （ 2）运行成本低。 水源热泵空调系统运行费比其它常规供暖、制冷方式相比运行费最低，一般来讲，水源热泵输入 1产生 15 的热能（冷能）。 （ 3）一机多用。一套设备既解决供暖、又解决制冷及生活热水，设备及工程简单。机房占地面积小。 （ 4） 矿井回风热能提取装置，兼有净化回风流粉尘，降低通风机噪音等功能，具有巨大的环境效益。 （ 5）符合当前国家节能减排的政策。 暖及空调 水源热泵空调系统为普通建筑采暖和空调是一项成熟技术，对于末端设备采用风机盘管。 所不同的是：采暖和空调用一套管路，即管路冬天供 45 50的 热水，夏季供 7 12的冷水。 室的卫生热水 机组加热卫生热水。冬季和春秋季时，需 1 台机组运行，夏季时，由于考虑对空调冷凝热的回收，生活热水加热费用为 0机组运行即可。 （ 1）机组首先加热蓄水箱中的水，浴室浴池及淋浴喷头的热水由水箱供给，蓄水箱中的水采用循环加热方式以保证稳定的水温，一般保证蓄水箱中的水温 42左右。 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 16 （ 2）对于已经放入浴池中的水，为保证水温，采用循环泵抽取池中水经过虑到换热器中换热加温后再送入原池中。 七、经济性分析 以下对“水源热泵系统方案”（方案一）与传统“燃煤锅炉 +分 体空调系统方案” （方案二）从投资和运行费用两方面进行比较。 方案一工程总投资估算表 表 7号 项 目 造 价（万元） 备 注 1 机房设备 热泵机组 210 附属设备 50 机房设备安装 70 机房土建 20 200750元 / 末端设备 (风机盘管 ) 112 80元 /建筑平米 3 井口加热设备 20 4 供暖空调、热水外主干管线 60 包括保温、防腐、土石方 5 水源取水和换热 150 6 合 计 692 7 南部老矿区洗浴改造 150 8 项目投资总计 842 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 17 方案二工程总投资估算表 表 7号 项 目 造 价（万元） 备 注 1 机房设备 燃煤锅炉 68 附属设备 30 机房设备安装 30 机房土建 45 2 末端设备 (暖气片 ) 56 80元 /建筑平米 3 井口加热设备 6 4 热水外主干管线及保温、输水管线 60 包括保温、防腐、土石方 5 分体空调 100 分体空调 安装建筑面积 5000平米， 200元 /建筑平米 合 计 395 年运行费用为 （ 1）冬季运行费用 ： 1 冬季供热的有关负荷参数： 供暖期： 110天 热负荷： 1133运行时数： 12h/d 负荷率： 2 系统耗电 1133 4 110 12 2617233 电价按当地商业电价 运行费用中不包含泵耗。 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 18 则全年运行费用为 ： 261723 (2)夏季运行费用： 1 夏季制冷的有关负荷参数： 供冷期： 120天 冷负荷为： 1276行时数： 10h/d 负荷率： 2 系统耗电 :1276 4 120 10 2679603 电价按当地商业电价 运行费用中不包含泵耗。 则全年运行费用为： 267960 (3)生活热水加热费用 ： 1 夏季生活热水加热费用： 0元 （机组冷凝热回收制取） 2 冬季及过渡季 负荷 430 供热天数 270 日运行小时数 10 h/d 负荷率： 统耗电 :430 270 10 154800价按当地商业电价 运行费用中不包含泵耗。 则运行费用为： 154800(4)井筒保温运行费用 ： 1 冬季供热的有关负荷参数： 供暖期： 110天 热负荷： 1009运行时数： 8h/d 负荷率： 山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案 19 2 系统耗电 1009 4 110 8 1331883 电价按当地商业电价 运行费用中不包含泵耗。 则全年运行费用为： 133188 注：系统运行泵耗可按照总能耗的 20%估算。 全年总耗电费用为：（ 年总运行费用为 运行费用计算 表 7案一 燃煤锅炉 +分体空调 负荷 (运行时间 (h) 负荷率 费用 (万元 ) 电 费 冬季采暖 70 11024=2640 筒防冻 夏季空调 200 120 10 室热水 30 27010=2700 水泵