煤矿低温废热回收利用工程可行性研究报告.doc

中国神华神东煤炭集团有限责任公司煤矿低温废热回收利用工程可行性研究报告中国机电出口产品投资有限公司2013.03目 录第一章 项目概述- 5 -1.1项目名称与编制单位- 5 -1.2编制依据- 5 -1.3项目背景- 5 -1.4项目内容- 7 -第二章 神东煤炭集团各煤矿供热现状- 8 -2.1石圪台煤矿供热现状- 8 -2.2哈拉沟煤矿供热现状- 9 -2.3补连塔煤矿供热现状- 10 -2.4布尔台煤矿供热现状- 11 -2.5寸草一煤矿供热现状- 12 -2.6寸草二煤矿供热现状- 13 -2.7万利煤矿供热现状- 14 -2.8上湾煤矿供热现状- 15 -2.9保德煤矿供热现状- 16 -2.10乌兰木伦煤矿供热现状- 17 -2.11榆家梁煤矿供热现状- 18 -2.12大柳塔煤矿供热现状- 18 -2.13柳塔煤矿供热现状- 19 -2.14神东公司各矿用热状况汇总分析- 20 -第三章 神东矿区低温热能回收利用技术分析- 23 -3.1热泵与锅炉的节能对比分析- 23 -3.2神东矿区热泵可利用的低温热源选择分析- 24 -3.3煤矿低温废热资源利用技术工艺分析- 26 -3.4神东煤炭集团可利用热源分析- 31 -第四章 神东煤炭集团各煤矿废热回收方案- 33 -4.1概述- 33 -4.2石圪台煤矿余热回收方案- 34 -4.3哈拉沟煤矿余热回收方案- 38 -4.4补连塔煤矿余热回收方案- 41 -4.5布尔台煤矿余热回收方案- 43 -4.6寸草一煤矿余热回收方案- 46 -4.7寸草二煤矿余热回收方案- 48 -4.8万利煤矿余热回收方案- 50 -4.9上湾煤矿余热回收方案- 53 -4.10保德煤矿余热回收方案- 55 -4.11乌兰木伦煤矿余热回收方案- 58 -4.12榆家梁煤矿余热回收方案- 60 -4.13大柳塔煤矿余热回收方案- 63 -4.14柳塔煤矿余热回收方案- 66 -4.15煤矿余热回收方案汇总- 69 -第五章 环境保护- 71 -5.1设计依据- 71 -5.2污染物分析- 71 -5.3污水治理- 71 -5.4环境效益- 72 -第六章 消防- 73 -6.1设计依据- 73 -6.2建筑物及构筑物消防- 73 -6.3电气设施防火要求- 73 -6.4消防防水- 73 -第七章 项目管理与实施进度- 75 -7.1项目管理- 75 -7.2项目实施进度- 75 -第八章 节能- 76 -8.1必要性- 76 -8.2设计原则- 76 -8.3能源管理- 76 -8.4节能技术措施综述- 78 -8.5其他节能措施- 79 -8.6节能效益分析- 79 -第九章 项目投资效益分析- 82 -9.1投资估算- 82 -9.2热泵系统折合成供热量收入- 83 -9.3热泵运行节能费用- 83 -第十章 结论- 87 -第一章 项目概述1.1项目名称与编制单位项目名称： 神华神东煤炭集团煤矿低温废热回收利用热泵工程项目拟建地点： 神华神东煤炭集团下属煤矿编制单位： 中国机电出口产品投资有限公司1.2编制依据 编制本项目可行性研究报告的委托； 神东各矿提供的相关资料与基础数据； 中华人民共和国节约能源法； 中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要； 国务院关于加强节能工作的决定（国发200628号）； 国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知； “十二五”十大重点节能工程实施意见； 国家发展改革委关于印发的通知（发改环资20042505号）； “十二五”资源综合利用指导意见； 千家企业节能行动实施方案。1.3项目背景煤矿工业广场地面建筑（办公楼、生产系统、职工宿舍、食堂等）的供暖、井筒防冻及职工浴室洗澡热水需要消耗大量的热能，目前传统做法是通过燃煤锅炉提供热源以满足上述要求。这样，不仅消耗大量煤炭，而且煤炭燃烧时排放大量污染物造成环境污染。与此同时，煤矿生产过程中会产生大量的矿井乏风、矿井排水等资源。矿井通风系统是煤矿安全生产的重要保障，井工开采的煤矿一般采用抽出式通风方式，利用主扇通过回风井将矿井总回风直接排入大气，一般情况下，矿井总回风的温度、湿度一年四季基本保持恒定，其中蕴藏大量的低温热能未得以利用，随着矿井回风直接排入大气；煤矿生产过程中产生的大量矿井水需要从井底水仓不断地排到地面，矿井排水水温一年四季变化不大，一般在1318左右，其中也蕴含大量的低温热能； 此外还有洗浴废水、坑口电厂冷却水、空压机排风等也都蕴含着丰富的低温热能。如果对以上这些“废热”进行回收，就可以满足工业广场地面建筑冬季采暖（夏季空调）、井筒防冻或加热职工澡堂卫生热水的需求，从而实现煤矿产煤不燃煤，取消或取代燃煤锅炉，减少对环境的污染。而且煤矿低温废热资源丰富，是很好的可再生能源，只要煤矿正常生产，这种能源就“取之不竭”。煤矿大量低温热能的回收利用主要是通过热泵技术实现。热泵是一种以消耗少量电能为代价，能将大量不能直接利用的低温热能变为有用的高温热能的装置。通常情况下，热泵机组的能效比可达4-6（即输入1kW电能可以得到4-6kW的热能或冷能），相比燃煤锅炉，可实现节能达40%以上。因此，在煤矿应用煤矿低温废热回收热泵供热、空调技术可以替代燃煤锅炉，可以实现供热无污染物排放，系统运行高效、节能、环保，符合国家的政策要求。在国家“节能减排政策”及建设资源节约型、环境友好型社会的大背景下，煤矿低温废热回收热泵供热、空调技术正是基于上述优点，得到了国家政策的大力支持。“矿井乏风和排水热能综合利用技术”入选国家重点节能推广目录（第三批）；国家“十二五”节能减排综合性工作方案也指出要大力发展地热能、太阳能等可再生能源的开发利用；2013年1月，国家能源局、财政部、国土资源部、住建部等联合颁发的关于促进地热能开发利用指导意见的通知指出，要结合各地地热资源特点和当地用能需求开展地热能的开发利用，推广热泵技术，鼓励既有燃煤锅炉、中央空调供冷系统改用热泵系统；随后，国家发改委又颁发了关于组织申报2013年低碳技术创新及产业化示范工程项目的通知，指出：要推动重点行业低碳技术创新及产业化，以满足煤炭等重点行业实现低碳排放发展需求为目标，以技术研发及其应用示范为重点，开展重点领域节能减排、清洁生产工艺、控制温室气体排放等相关技术创新，建设低碳技术创新及产业化示范工程，在煤矿开展煤矿乏风源、矿井水水源热泵供暖成套技术创新及产业化示范工程，建成充分利用煤矿排风乏风源、矿井排水水源、井下地温等余热热泵供热、供暖的大型煤矿无燃煤锅炉供热系统，推进高科技改造提升传统产业，实现可持续发展。国家一系列促进节能减排政策的出台有利于国家“十二五”实现节约能源6.7亿吨标准煤、单位国内生产总值能耗降低16%左右、主要污染物排放总量减少8%的远景目标，同时也为煤矿低温废热热泵供热技术推广实施提供了强有力的政策支撑。目前该技术已在冀中能源集团、山西焦煤集团、河南平煤集团、山东能源集团等多家大型煤炭企业推广应用。神东煤炭集团作为神华集团的核心煤炭生产企业，有丰富的矿井回风、矿井排水等低温废热资源。目前神东集团公司拥有19个矿井，整体产能超过2亿吨。调研的13个井工开采矿井，矿井总回风量约232950m3/min，理论可回收的热量约60181kW，相当于114吨锅炉的供热量；矿井总排水量约83234 m3/d，理论可回收的热量约46671kW，相当于89吨锅炉的供热量，生活污水量约为11600 m3/d，理论可回收的热量约6500kW，相当于13吨锅炉的供热量，节能潜力巨大。在当前神东煤炭集团丰富“四化”模式, 创建“本质安全型、质量效益型、科技创新型、资源节约型、和谐发展型”企业的过程中，煤矿低温废热回收热泵供热技术无疑可以作为丰富“四化”模式的一项重要举措，对变革神东目前传统锅炉为主的供热模式，从而达到煤炭企业能源的循环利用和节能减排具有重要的现实意义。1.4项目内容本项目分析采用热泵技术回收神东矿区低温废热资源，用于满足神东各煤矿工业广场的建筑冬季供暖、井筒防冻、洗浴热水等用热需求，从而取消或部分取消燃煤锅炉，实现节能减排的可行性，主要完成如下内容： 充分调研神东矿区各煤矿现有低温热源情况，分析现有低温热源供热、制冷能力。 针对各个煤矿冬夏季能源需求情况，制定低温热源回收总体方案。 计算、论证回收低温热源取代传统锅炉房和分体空调的可行性和经济效益。第二章 神东煤炭集团各煤矿供热现状本章对调研的神东集团所属各矿现有供热现状进行整理分析，摸清目前神东各矿供热需求（包括新建建筑供暖、高耗能供热、供热改造等环节），为煤矿废热回收利用热泵技术在各矿的推广实施提供基础数据，实现神东各矿生产、生活供热的节能减排。2.1石圪台煤矿供热现状2.1.1 石圪台煤矿现有供热概况 石圪台煤矿现有供热概况 现有供暖面积：30万平米，分体空调面积：6万平米。 2013年9月份在据其工业广场约1公里外处新建一污水处理厂（供暖面积还需核实）；另外，在工业广场新建10000的双职工楼，在后期还要建住宅楼与办公楼，共计30000。 洗浴热水用量：共有职工2200人，设有三个澡堂，700个蓬头，洗浴热水共设有三个班，每班最大入浴人数600人，每班洗浴用水300m3/h。 井筒入风量：1号副斜井进风量1336m3/min，2号副斜井进风量1468m3/min，1号副平硐进风量4695m3/min，2号副平硐进风量4976m3/min，主斜井进风量835m3/min，风井场地进风井风量4238 m3/min。表2.1石圪台煤矿需热点统计现有面积（）将新增面积（）工业供暖822924698办公供暖360525397生活供暖44400居民供暖3220822800商业供暖572系统外供暖29808洗浴水共有职工2200人，每班洗浴用水300m3/h井口防冻1号副斜井进风量1336m3/min，2号副斜井进风量1468m3/min，1号副平硐进风量4695m3/min，2号副平硐进风量4976m3/min，主斜井进风量835m3/min，风井场地进风井风量4238 m3/min2.1.2 石圪台煤矿现有供热热源在主工业广场，设有4台15吨燃煤锅炉，2005年投入使用，供井筒防冻、洗煤厂供热等；设有2台20吨煤粉锅炉，2011年12月投入使用，供工业建筑供暖，办公、生活建筑供暖、洗浴。春夏秋三季开1台20吨煤粉锅炉部分运行。在风井场地，设有3台6吨热风炉，2005年投入使用，供给该场地进风井筒防冻。表2.2石圪台煤矿锅炉统计工业广场4台15吨燃煤锅炉井筒防冻、洗煤厂供热2台20吨煤粉锅炉工业建筑供暖，办公、生活建筑供暖、洗浴风井场地3台6吨热风炉井筒防冻2.2哈拉沟煤矿供热现状2.2.1 哈拉沟煤矿现有供热状况 供暖状况：据统计，哈拉沟煤矿现有供暖面积为126121。其中，工业供暖78501，办公供暖19025，生活供暖15662，住宅供暖2674。现有新建职工宿舍5400。于2013年计划新建1000的活动中心和7000的职工宿舍楼； 洗浴热水：副井场地洗浴人数为1500人/天，主工业场地洗浴人数为200人/天。即副井场地每班每天500人，主工业场地每班每天67人； 井筒防冻：副井现有两平硐，1#风量为6780m/min，2#风量为7524m/min，主热风井1038 m/min，主斜风井1469 m/min；表2.3哈拉沟煤矿需热点统计现有面积（）将新增面积（）工业供暖73101.55400办公供暖190251000生活供暖158807000居民供暖2674洗浴水副井场地洗浴人数为1500人/天，主工业场地洗浴人数为200人/天。井口防冻1#风量为6780m/min，2#风量为7524m/min，主热风井1038 m/min，主斜风井1469 m/min；2.2.2 哈拉沟煤矿现有热源状况 哈拉沟煤矿副井场地：现有2台10吨煤粉锅炉，1台6吨锅炉，场地内现有建筑的供暖与副井井口加热，使用2台10吨锅炉提供；1台6吨锅炉为矿区提供洗浴用水。本矿副井场地锅炉05年投产，2台10吨锅炉大修为67-70万元，6吨锅炉小修为5-6万元； 哈拉沟煤矿主工业场地：现有2台20吨煤粉锅炉，为洗煤厂的办公楼、食堂洗煤车间等工业厂房提供建筑供暖和该工业场区的洗浴热水； 根据现场调查，风井广场所需供热的建筑，面积不足300;表2.4哈拉沟煤矿锅炉统计副井场地2台10吨燃煤锅炉场地内现有建筑的供暖与副井井口加热1台6吨煤粉锅炉矿区提供洗浴用水风井场地2台20吨煤粉锅炉办公楼、食堂、洗煤车间的建筑供暖、洗浴热水2.3补连塔煤矿供热现状2.3.1 补连塔煤矿现有供热状况 供暖状况：据统计，补连塔煤矿现有供暖面积为24万，空调面积约为17万。工业广场现有新建建筑为9000，包括2个公寓和1个幼儿园，将于7月份投入使用；污水处理厂正新建质检水站；洗煤厂新增建筑面积12960，包括办公室、主洗车间和食堂； 洗浴热水：工业场地洗浴总人数为1654人/天，每班最大洗浴人数为700人； 井筒防冻：该矿现有7个进风井，其中有5个平硐，呼和乌素竖井进风风量为10565m/min，输运平硐风量为8191m/min，2#主井进风1181 m/min，原风井进风2583 m/min，1#主井进风790 m/min，副井进风696 m/min，22#煤主斜井进风2470 m/min；表2.5补连塔煤矿需热点统计现有面积（）新增面积（）工业供暖11904812960办公供暖20666生活供暖28488居民供暖68931商业供暖3762系统外供暖7209洗浴水工业场地洗浴总人数为1654人/天，每班最大洗浴人数为700人井口防冻呼和乌素竖井进风风量为10565m/min，运输平硐风量为8191m/min，2#主井进风1181 m/min，原风井进风2583 m/min，1#主井进风790 m/min，副井进风696 m/min，22#煤主斜井进风2470 m/min；2.3.2 补连塔煤矿现有热源状况 补连塔煤矿现有5台20吨蒸汽锅炉，2012年投入使用，为洗煤厂、工业广场、生活区和污水处理厂提供建筑供暖、井口防冻加热和洗浴热水； 根据调查，补连塔煤矿两风井广场内职工总共不超过10人，没有足够的热源消耗；表2.6补连塔煤矿锅炉统计副井场地5台20吨蒸汽锅炉洗煤厂、工业广场、生活区、污水处理厂供暖、井口防冻、洗浴热水；2.4布尔台煤矿供热现状2.4.1 布尔台煤矿现有供热状况 供暖状况：据统计，布尔台煤矿现有供暖面积为294274（包括布尔台矿、寸草二矿）。并且在布尔台矿与寸草二矿都有正在修建的公寓楼；中央空调夏季制冷，制冷面积4万（包括4个公寓楼，2个办公室，1个食堂，1个仓库）； 洗浴热水：工业广场洗浴人数为1200人/天，即工业广场每班每天约400人； 井筒防冻：布尔台煤矿现有四个进风井和两个回风井，输运平硐风量为7808m/min，主斜井风量为3362m/min，中部输运大巷风量7348 m/min，中部主运大巷风量2127 m/min，孙定霍洛回风井风量4700 m/min，工业广场斜井回风风量8370m/min；表2.7布尔台煤矿需热点统计现有面积（）新增面积（）工业供暖129414.226700办公供暖27007.2生活供暖31710.2洗浴水工业广场洗浴人数为1200人/天，即工业广场每班每天约400人；井口防冻输运平硐风量为7808m/min，主斜井风量为3362m/min，中部输运大巷风量7348 m/min，中部主运大巷风量2127 m/min2.4.2 布尔台煤矿现有热源状况 布尔台煤矿工业广场：现有4台20吨锅炉，1台10吨锅炉，为布尔台矿提供生活供暖，工业供暖，井口巷道供暖，洗浴热水。春夏秋三季耗煤量为600-700吨/月，冬季值班人数37-38人，夏季值班人数25-26人； 布尔台煤矿孙定霍洛回风井：现有3台8吨热风炉，为布尔台煤矿提供井下热风，冬季每天耗煤15吨；1台5吨锅炉为灌浆站提供热量；表2.8布尔台煤矿锅炉统计副井场地4台20吨燃煤锅炉生活供暖，工业供暖，井口巷道供暖，洗浴热水1台10吨燃煤锅炉风井场地3台8吨热风炉井口防冻1台5吨常压锅炉灌浆站提供热量2.5寸草一煤矿供热现状2.5.1 寸草一煤矿现有供热状况 供暖状况：据统计，寸草一煤矿现有供暖面积为6万（包括联建楼、公寓楼等）。 洗浴热水：工业广场洗浴人数为700人/天，洗浴最大人数180人/班，工业广场每天有水量约为200m； 井筒防冻：寸草一煤矿现有2个进风井和1个回风井，运输平硐风量为4310m/min，主斜井风量为2379m/min，煤矿总回风井风量6831 m/min；表2.9寸草一煤矿需热点统计现有面积（）新增面积（）工业供暖19741.4办公供暖10502.9生活供暖35034.5洗浴水工业广场洗浴人数为700人/天，每天有水量约为200m井口防冻输运平硐风量为4310m/min，主斜井风量为2379m/min2.5.2 寸草一煤矿现有热源状况 供暖与洗浴： 1台4吨锅炉，2台6吨锅炉，为寸草一矿提供建筑供暖和洗浴热水，冬季耗煤量40吨/天，夏季7吨/天； 井口防冻：现有2台5吨热风炉，为副平硐提供热风，耗煤量为5吨/天；表2.10寸草一煤矿锅炉统计工业广场1台4吨燃煤锅炉洗浴热水2台6吨燃煤锅炉建筑采暖风井场地2台5吨热风炉井筒防冻2.6寸草二煤矿供热现状2.6.1 寸草二矿现有供热状况 供暖状况：据统计，寸草二矿现有供暖面积为2万； 洗浴热水：工业广场洗浴人数为1000人/天，即工业广场每班每天约330人； 井筒防冻：寸草二矿现有一输运平硐进风量为4572m/min，主斜井进风量为1768m/min，主回风井回风量177m/s；表2.11寸草二煤矿需热点统计现有面积（）新增面积（）工业供暖7406办公供暖7751生活供暖7577.25洗浴水工业广场洗浴人数为1000人/天，即工业广场每班每天约330人；井口防冻输运平硐进风量为4572m/min，主斜井进风量为1768m/min2.6.2 寸草二矿现有热源状况 寸草二矿工业广场：现有4台20吨煤粉锅炉，为寸草二矿提供生活供暖，洗浴和生活热水。每台耗煤量为1.2-1.3吨/小时；运输平硐加热采用1610kW，风量40000m/h的热风设备；表2.12寸草二煤矿锅炉统计工业广场4台20吨煤粉锅炉工业供暖、生活供暖、主井防冻、洗浴和生活热水风井场地2台1610kW的热风设备井筒防冻2.7万利煤矿供热现状2.7.1 万利煤矿现有供热状况 供暖状况：据统计，万利煤矿现有供暖面积生活区为12万，工业广场8万； 洗浴热水：该煤矿的总人数为2000人，主工业场地洗浴人数为1000人/天，即最大人数每班每天350人；生活区人数为1000人； 井筒防冻：工业场地现有两平硐，1主井进风；表2.13万利煤矿需热点统计现有面积（）新增面积（）工业供暖80000生活供暖120000洗浴水主工业场地洗浴人数为1000人/天，生活区人数为1000人井口防冻两平硐，1主井进风2.7.2 万利煤矿现有热源状况 万利煤矿建筑供暖：工业广场现有2台4吨暖水炉，06年投产，为场地提供建筑供暖。生活区2台15吨煤粉炉为生活区公寓建筑供暖； 万利煤矿洗浴热水：工业场地1台6吨蒸汽锅炉，08年投产，为场地内提供建筑供暖和洗浴热水，春夏秋三季使用燃煤每月3万吨；生活区将要安装1台4吨煤粉炉为生活区提供生活用水和洗浴用水； 万利煤矿井口防冻：4台4吨热风炉，07年投产，为矿矿井平硐和主进风井供暖；表2.14万利煤矿锅炉统计工业广场2台4吨燃煤锅炉建筑供暖1台6吨燃煤锅炉建筑供暖和洗浴供水生活区2台15吨煤粉炉生活区公寓建筑供暖1台4吨燃煤锅炉生活用水和洗浴用水4台4吨热风炉井筒防冻2.8上湾煤矿供热现状2.8.1 上湾煤矿现有供热状况 供暖状况：据统计，上湾煤矿现有供暖面积为66万。于7月份将投入使用新的水处理厂；上湾煤矿夏季使用分体式空调（包括办公楼、联建楼、公寓）； 洗浴热水：工业广场洗浴人数为1700-1800人/天，即工业广场每班每天600人； 井筒防冻：工业广场现有一个平硐进风量为7215m/min，副井风量2215 m/min，主井风量为1560 m/min，南进风井11712 m/min； 表2.15上湾煤矿需热点统计现有面积（）新增面积（）工业供暖328096办公供暖80903生活供暖22082居民供暖157032商业供暖24123系统外供暖47165洗浴水工业广场洗浴人数为1700-1800人/天，即工业广场每班每天600人井口防冻平硐进风量为7215m/min，副井风量2215 m/min，主井风量为1560 m/min，南进风井11712 m/min2.8.2 上湾煤矿现有热源状况 上湾煤矿工业场地：该煤矿采用6台热风机为工业广场的进风井进行空气加热，每年总共热量为6.3亿兆瓦。工业广场内新建一浴水换热站（4台换热器，于4、5月份投入使用）为煤矿提供洗浴热水； 上湾煤矿南风井广场：现有3台7吨热风炉，为该风井广场的进风井进行加热； 根据现场调查，北风井广场没有进风井与面积较大的供热建筑；表2.16上湾煤矿锅炉统计工业广场6台蒸汽热风机（蒸汽）井筒防冻4台换热器（4、5月投用）提供洗浴热水南风井场地3台7吨热风炉井筒防冻2.9保德煤矿供热现状2.9.1 保德煤矿现有供热状况 供暖状况：保德煤矿现有供暖面积为26万。在康景区现有新建联建楼与办公楼； 洗浴热水：保德煤矿可以分为三个区域，孙井区职工人数为2005人，即每班669人，浴室分为来宾、干部、劳务工浴室；枣林区为洗煤厂，每天耗水量为50m；康井区现洗浴人数为每天100人，后期由于矿井搬迁人数每天可达800人； 井筒防冻：枣林区南进风量为3000m/min，北进风量为5000m/min，输运平硐风量为10000m/min；表2.17保德煤矿需热点统计现有面积（）新增面积（）工业供暖16404238803办公供暖5631714168生活供暖11420居民供暖28600洗浴水副井场地洗浴人数为1500人/天，主工业场地洗浴人数为200人/天。井口防冻1#风量为6780m/min，2#风量为7524m/min，主热风井1038 m/min，主斜风井1469 m/min；2.9.2 保德煤矿现有热源状况 保德煤矿孙井区：现有2台10吨热风炉，为输运平硐供热风，1台10吨锅炉和2台4吨锅炉，为该场地的建筑供暖和洗浴热水提供热量，夏季1台4吨锅炉供热水； 保德煤矿枣林区：现有3台20吨煤粉锅炉，为洗煤厂的办公楼、食堂、主进风井、洗煤车间等工业厂房提供建筑供暖和该工业场区的洗浴热水，其中刘家堰现有1台2.5吨常压炉，装车站1台3吨锅炉进行采暖； 保德煤矿康井区：该地区采用市政管网为建筑供暖，采用2台6吨热风炉为井口加热；表2.18保德煤矿锅炉统计孙井区1台10吨燃煤锅炉工业建筑供暖、生活建筑供暖、洗浴2台4吨燃煤锅炉2台10吨热风炉输运平硐供热风枣林区3台20吨煤粉锅炉洗煤厂的办公楼、食堂、主进风井、洗煤车间等工业厂房提供建筑供暖和该工业场区的洗浴热水1台2.5吨常压炉，装车站1台3吨锅炉刘家堰风井区建筑采暖康井区2台6吨热风炉井口加热2.10乌兰木伦煤矿供热现状2.10.1乌兰木伦煤矿现有供热状况 供暖状况：据调查统计，乌兰木伦煤矿现有供暖面积为24万。其中现有新建建筑面积8万；表2.19乌兰木伦煤矿需热点统计现有面积（）新增面积（）工业供暖9940952859办公供暖30459生活供暖362909686居民供暖25175商业供暖930系统外供暖19700194002.10.2 乌兰木伦煤矿现有热源状况 乌兰木伦煤矿：现有3台6吨锅炉，新增1台15吨锅炉，场地内现有建筑的供暖与职工洗浴用水；表2.20乌兰木伦煤矿锅炉统计工业广场3台6吨燃煤锅炉建筑供暖，职工洗浴1台15吨煤粉锅炉2.11榆家梁煤矿供热现状2.11.1 榆家梁煤矿现有供热状况 供暖状况：据统计，榆家梁煤矿现有供暖面积洗煤厂水暖：3700，店塔供水厂：700，42煤水暖 13600，52煤气暖55700，52煤水暖12000，新建水暖6000。表2.21榆家梁煤矿需热点统计现有面积（）新增面积（）工业供暖45794办公供暖7671生活供暖194112.11.2 榆家梁煤矿现有供热热源目前，榆家梁矿在42煤锅炉房设置2台10吨锅炉，43煤设置2台6吨热风炉，52煤锅炉房设置3台10吨蒸汽锅炉，2台6吨锅炉。表2.14榆家梁煤矿锅炉统计42煤锅炉房2台10吨蒸汽锅炉建筑供暖52煤锅炉房3台10吨蒸汽锅炉生活区公寓建筑供暖2台6吨蒸汽锅炉生活用水和洗浴用水43煤2台6吨热风炉井筒防冻2.12大柳塔煤矿供热现状2.12.1 大柳塔煤矿现有供热状况 供暖状况：据统计，大柳塔煤矿工业广场现有供暖面积为14万。现有新建联建楼8000； 洗浴热水：大柳塔煤矿总人数为2000人，洗浴人数为17001800人，即每班最大为600人； 井筒防冻：该煤矿现有主平硐风量为943m/min，一号副平硐风量为2267m/min，二号副平硐风量为2267m/min，双沟进风井362 m/min（将废弃），52煤副斜井4637m/min，52煤主斜井1805m/min，52煤暗斜井2480m/min，白家渠进风立井3271 m/min；表2.22大柳塔煤矿需热点统计现有面积（）新增面积（）工业供暖505784642办公供暖510848398生活供暖39324洗浴水大柳塔煤矿总人数为2000人，洗浴人数为17001800人井口防冻主平硐风量943m/min，一号副平硐风量2267m/min，二号副平硐风量2267m/min，双沟进风井362 m/min（将废弃），52煤副斜井4637m/min，52煤主斜井1805m/min，52煤暗斜井2480m/min，白家渠进风立井3271 m/min2.12.2 大柳塔煤矿现有热源状况 大柳塔煤矿主工业场地：该矿的整个矿区采用换热站的方式从电厂蒸汽中换热用于生活供暖、办公供暖、工业供暖和洗浴用水； 白家渠风井场地：2011年投用3台8吨热风炉为风井场地的进风井供热；表2.23石圪台煤矿锅炉统计主工业广场蒸汽换热站生活供暖、办公供暖、工业供暖和洗浴用水白家渠风井场地3台8吨热风炉井筒防冻2.13柳塔煤矿供热现状2.13.1 柳塔煤矿现有供热状况 供暖状况：柳塔煤矿工业广场现有供暖面积为7.1万。拟建1栋职工公寓和1栋职工活动中心，建筑面积10000； 洗浴热水：根据调研资料，柳塔矿共有290个洗浴水龙头，早班最大人水442人，全天不超过2000人，每班供浴水270m； 表2.24大柳塔煤矿需热点统计现有面积（）新增面积（）工业供暖212044080办公供暖6279生活供暖4359423820洗浴水柳塔煤矿总人数为2000人，洗浴人数为17001800人2.13.2 柳塔煤矿现有热源状况 柳塔煤矿主工业场地：3台4吨蒸汽锅炉为工业场地提供建筑供暖与洗浴热水；2台8吨热风炉和2台5吨锅炉为副井井筒防冻采暖，采用2台2吨锅炉为主井井筒防冻采暖； 主井生活区：1台2吨热水锅炉为生活区提供建筑采暖；表2.25柳塔煤矿锅炉统计生活区1台2吨热水锅炉主井生活区建筑采暖工业广场3台4吨蒸汽锅炉工业广场建筑采暖和职工洗浴热水1台5吨副井筒防冻2台8吨2台2吨主井井筒防冻2.14神东公司各矿用热状况汇总分析2.14.1供热面积汇总根据上边的调研情况，将各个煤矿的采暖面积汇总如下：表2.26各煤矿采暖面积统计表工业供暖办公供暖生活供暖居民供暖商业供暖系统外供暖石圪台煤矿8229236052444003220857229808哈拉沟煤矿73101.519025158802674补连塔煤矿11904820666284886893137627209万利煤矿800000120000布尔台煤矿129414.227007.231710.2寸草一煤矿19741.410502.935034.5寸草二煤矿740677517577.25上湾煤矿32809680903220821570322412347165大柳塔煤矿505785108439324保德煤矿164042563171142028600乌兰木伦煤矿9940930459362902517593019700榆家梁煤矿45794767119411柳塔煤矿21204627943594合计1220126.1353717.1455210.95314620293871038822.14.2锅炉状况汇总神华神东煤炭集团的煤矿大多使用燃煤锅炉为建筑供暖与洗浴供水，并且进风井井筒防冻采用热风炉。通过调研了解到，神东矿区拥有各类大小锅炉131座，详细情况如图2.1所示。图2.1 神东矿区供热锅炉统计汇总下表将神华神东煤炭集团下属各煤矿锅炉和热风炉情况和能耗进行统计分析：表2.27各煤矿锅炉统计表项目 名称锅炉状况用途热风炉状况每年燃煤量（吨）石圪台煤矿2台20吨煤粉炉（11年）工业广场3台6吨热风炉（09年）位于风井场地422834台15吨燃煤锅炉（05年）工业广场哈拉沟煤矿2台20吨煤粉炉（11年）工业场地19315.62台10吨锅炉副井场地1台6吨燃煤锅炉（05年）副井场地补连塔煤矿5台20吨蒸汽锅炉（12年）洗煤厂20742万利煤矿2台15吨煤粉炉（11年）风井场地4台4吨热风炉（07年）位于工业广场300002台4吨锅炉（06年）工业广场1台6吨燃煤锅炉（08年）工业广场布尔台煤矿4台20吨（06年）工业广场3台8吨热风炉（06年）位于风井场地574731台10吨燃煤锅炉（06年）工业广场1台5吨常压炉风井场地寸草二煤矿4台20吨煤粉炉（10年）工业广场1台2吨热风炉（10年）位于工业广场寸草一煤矿2台6吨锅炉工业广场2台5吨热风炉位于工业广场129711台4吨燃煤锅炉工业广场上湾煤矿4台蒸汽换热器（13年）3台7吨热风炉（09年）位于风井场地3723.4大柳塔煤矿6套换热系统（系统完成先后时间93年、07年、11年）3台8吨热风炉（11年）位于风井场地4092保德煤矿3台20吨煤粉炉（11年）枣林区2台6吨热风炉（05年）位于康井区2台10吨热风炉（08年）位于孙井区254482台4吨锅炉（02年）孙井区1台10吨燃煤锅炉（05年）孙井区1台3吨锅炉（05年）刘家堰风井区1台2.5吨常压炉（06年）刘家堰风井区乌兰木伦煤矿3台6吨锅炉工业广场239851台15吨锅炉工业广场榆家梁煤矿5台10吨蒸汽锅炉，2台6吨蒸汽锅炉1台6吨热风炉25649.8柳塔煤矿3台4吨蒸汽锅炉（07年）工业广场1台5吨锅炉（07年）1台5吨锅炉（10年）2台8吨锅炉（12年）用于副井防冻255441台2吨热水锅炉（07年）工业广场2台2吨锅炉（07年）用于主井防冻合计291226.8由上表可以看出，神华神东煤炭集团每年的耗煤量是十分巨大的，每年消耗燃煤291226.8吨，排放CO2757189.7吨，排放SO25824.5吨。由此可见，采用热泵技术回收矿井回风、矿井排水中的低温热能可以有效地节能减排，降低环境污染与温室效应的目的，符合神东创建“四化五型”企业的目标要求。2.14.3各煤矿现供热状况存在的问题 由于各煤矿均在增加新建建筑，使得各煤矿现有锅炉不能很好地满足其供暖要求； 调研的各个煤矿大多采用热风炉对独立风井处的进风井筒进行井口防冻，热风炉的热效率低，耗煤量大； 根据调研各煤矿均有使用蒸汽进行建筑供暖和井口防冻，这就可能造成冷凝水无法回流，损失大量的热量； 煤矿的洗浴热水使用锅炉进行加热，因此春夏秋三季锅炉不能停止运行，锅炉燃煤量大，造成能源的浪费，同时锅炉维修运行费用高。第三章 神东矿区低温热能回收利用技术分析本章将对热泵与锅炉相比的节能性进行分析，并结合神东矿区的自然地质条件，进行热泵可利用的低温热源的优化选择，确定神东矿区热泵低温热源的优先利用顺序，实现热泵系统最优化模式运行。 3.1热泵与锅炉的节能对比分析神华神东煤炭集团下属的各个矿位于鄂尔多斯及其附近地区，对解决矿区建筑供暖与职工洗浴热水的问题，目前传统做法是传统锅炉方式进行冬季建筑采暖与职工洗浴热水等用热需求，下面将热泵供热与锅炉供热的优劣进行比较：表3.1供热装置选择优点缺点热泵技术高能节效，运行费用低，系统稳定，智能化程度高，节能在30%以上；节能环保，绿色无污染；方便舒适，一机三用；结构简单，维修方便；模块安装，便于添加设备；噪音小， 系统较大时，初投资较大；锅炉不受地区限制，能效低，耗能严重，是热泵系统的2倍；污染严重，不环保；维修费用高；运行费用高目前考查热泵机组的节能性一般是通过能效比表示，其定义为名义制热量（制冷量）与运行功率之比，反映出消耗单位功率产生的制热量（制冷量）的大小。在与锅炉对比过程中，为了更直观地进行对比，在热泵理论中引入一次能源利用率PER，用于不同类型的热泵之间比较能量利用水平的高低，其表达式为： PER=COP0=Qh/(W/0）式中：0为获得热泵动力时的能量利用效率，%；对于电动热泵而言，以电能为动力，0即为发电效率。显然，PER表达了热泵供出能量Qh与在发电厂发电W所消耗的能量W/0之间的比值。这样PER就具有与锅炉、加热炉等加热设备效率相同的含义，同样是供热，将锅炉效率与热泵PER相比，可以明确看出应用热泵的节能率较大。例如，将一台效率为70的锅炉与COP为4的热泵相比，发电效率按目前的平均水平取30，则热泵的PER为1.2。实际的节能率为（1-0.7/1.2）=41.7%。可以看出，热泵技术相比锅炉供热可实现节能40%左右，同时热泵供热不消耗燃煤，不会造成环境污染，是替代锅炉供热的一种新型节能环保技术。热泵根据压缩机的不同和应用主要分为螺杆式热泵机组涡旋式热泵机组，以下为两种机组的比较：表3.2螺杆机与涡旋机组的比较涡旋压缩机螺杆压缩机(1) 由于压缩机机械部件少，涡旋转子。(2) 受力均匀，所以噪音低。(3) 制冷、制热效率较高。(4) 压缩机全封闭，免维护，寿命较长。(5) 一台机组采用多台压缩机并联，能量调节相对较容易，有2个制冷剂回路，一个回路出现故障，另一个回路仍正常工作，可互为备用。(1) 单个压缩机能量大。(2) 由于压缩机机械结构的原因，噪音大。(3) 制冷、制热效率低。(4) 机组采用润滑油冷却，需要定期更换润滑油，维护费用较高。(5) 机组能量调节较困难。综合以上两种机组的特点及比较，因此本项目选择涡旋热泵机组为提取煤矿低温热源的装置。3.2神东矿区热泵可利用的低温热源选择分析热泵供热节能主要因为回收了大量废热源中的低温热能。因此，热泵技术能否成功应用取决于项目所在地是否有良好的低温热源。根据热泵系统采用不同的低温热源形式可以将热泵分为主要的三大类，空气源热泵、水源热泵、地源热泵等，根据不同的热源分析比较，得出最适合神东集团各煤矿使用的热泵方式。下面为空气源、水源、地源热泵机组的比较表3.3各种低温热源热泵的比较空气源热泵水源热泵地源热泵性能指数COP3.3-3.84.88-5.254.00-5.00结构模块化，无需备用模块化，无需备用需备用机组，机房不需机房设施，但占地面积大，需要机房需要机房使用条件使用温度范围-7-40。在-8以下时需增加电加热，适合中南部地区使用，空气源热分散，制热慢，易出现结霜在有水源，或者认为创造的恒温水源，并且对水源水质有要求任何地方，但室外埋管系统，工程量大，运行单平米费用夏季：0.23元/天冬季：0.53元/天夏季：0.09元/天冬季：0.12元/天夏季：0.12元/天冬季：0.15元/天根据上面的比较表可知，空气源热泵的适用温度为-7到40之间，超过这一温度范围热泵在冬季时需要增加电加热器，然而鄂尔多斯属于严寒地区，当地的冬季最低温度为-30，因此在该地区使用空气源热泵时，冬季热效率低，因此，空气源热泵在神东地区不建议冬季使用；由于神东集团下属煤矿位于山区，采用地源热泵需要打井埋管增加了其初投资费用，另外神东矿区夏季空调负荷相对较小，冬天供暖负荷较大，若采用地埋管地源热泵系统可能会造成冬夏负荷不平衡而影响地埋管热泵系统的运行。因此综合考虑选用水源热泵机组。根据对神东煤炭集团下属的各个煤矿的实地调研，下表为对各低温热源有缺点的比较：表3.4热源提取顺序比较优点缺点矿井回风该地区煤矿排风量大，温度全年基本稳定，回收受环境影响小；可以降低主扇噪音和回风中的粉尘；使用热泵技术回收热能能效比4-5；受该矿的排风位置影响； 矿井排水矿区矿井排水量大，且温度全年基本稳定，热能回收不受环境影响；热泵利用后不污染水源；使用热泵技术回收热能能效比4-5；受该矿的排水位置影响； 生活污水水温度较高；排水量比较稳定，但水量较小；使用热泵技术回收热能能效比4-5；受生活水量影响；太阳能鄂尔多斯地区太阳能资源充足，太阳能年辐射量5852-6680 MJ/m2年；集热效率达60%-80%，系统多用于热水；受环境影响大，白天能量大，黑夜与阴天能量小；占地面积大，且周围不能有高大建筑物遮挡；系统相对复杂；该地区风沙大，对系统造成影响地埋管设备相对较少，系统简单；投资费用高；用热不稳定，易造成低温下降；该地区多为沙漠与岩石，打井困难；根据调研，神东煤炭集团下属各矿的矿井总排水量约83234 m3/d，理论可回收的热量约46671kW，相当于89吨锅炉的供热量，生活污水量约为11600 m3/d，理论可回收的热量约6500kW，相当于13吨锅炉的供热量。这部分能量均可以回收用于为冬季建筑采暖和全年的洗浴热水提供热能。同时节约大量燃煤，并且可以春秋夏三季洗浴热水锅炉的使用；根据调研，神东集团煤矿的矿井总回风量约232950m3/min，理论可回收的热量约60181kW，相当于114吨锅炉的供热量，可提取这部分热能为该矿区的建筑采暖和井口防冻提供热源；根据调研，鄂尔多斯地区位于内蒙古自治区西南部，地处鄂尔多斯高原腹地。地理坐标为北纬373524-405140，东经1064240-1112720。由于神东集团各矿均在鄂尔多斯附近地区，其太阳能年辐射量5852-6680 MJ/m2年， 即0.188-0.215kW/，只用太阳能供热产生现有矿井排水回收46671kW的热量需要的太阳能集