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矿井水在归来庄金矿的应用
地热能网 ( 地热+)   发布日期:2016-05-31  
[摘要]:摘要:利用归来庄金矿井地热水的地热能和水源热泵机组组成地热空调系统,为公司的办公区和生产区冬季供暖、夏季制冷,并达到节
       摘要:利用归来庄金矿井地热水的地热能和水源热泵机组组成地热空调系统,为公司的办公区和生产区冬季供暖、夏季制冷,并达到节能减排的目的。
       主题词:水源热泵,矿井水应用,节能,环保,制热性能系数

       一、工程简介

       归来庄金矿是一座集采、选、冶于一体的大型黄金矿山,其水系发达,开采涌水量较大,为2000-2600 m3/h。如何防治水患,确保矿山安全生产,一直是安全管理工作的重中之重;同时如何充分利用现有矿井排出的水资源,也一直是我们节能工作的重点。通过对矿山水文、水质进行调查研究,矿山排水水温一年四季维持在17-18℃,经水资源管理部门检验水质达到饮用水标准。公司一直利用矿井排水作为本公司及周围村庄的生产、生活用水。因水温、水质符合水源热泵的应用条件,因此公司决定于2010年9月实施地源热泵工程,取代现有的8吨锅炉和传统的空调挂机。

       二、水源热泵简介

       水源热泵机组是通过输入少量的高品位电能,将水中的低温、低品位热能资源向高品位热能转变的技术,属可再生能源利用技术。

       水源热泵机组主要由蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀四大部分组成,其中蒸发器和冷凝器是与外界冷热源之间实现能量转移的换热设备,压缩机提供实现热量转移的动力。在冬季蒸发器吸收外界低温热源的热量,制冷剂经压缩机做功后升温,通过冷凝器将热量传递给用户侧供暖水;夏季蒸发器吸收用户环境中的热量,通过压缩机做功,将制冷剂升温送至冷凝器,热量释放到冷却水中,实现制冷的过程。

       使用矿井水的地源热泵系统夏季以地下水为冷源,将室内热量转移到水中。冬季又以地下水为热源,将水中的热量转移到室内,是目前暖通界和环保领域大力推广的技术,其优点为:

       ① 能量输入与输出之比,供热状态为1:4.2,制冷状态为1:6.2;1KW的电能可用于60~100 平方米的节能建筑取暖、制冷。

       ② 初投资略低于其它形式中央空调系统,运行费用却远远低于其它形式中央空调系统,约为其它形式中央空调系统1/3~1/2。

       ③ 使用过程中不释放任何对环境有害的物质,不破坏水资源。

       ④ 工况稳定,系统简单,部件较少,机组运行可靠,维护费用低;自动控制程度高,使用寿命可长达15-20年左右。不存在爆炸和燃烧的隐患。

       ⑤ 使用方便,适用面广。单机或多机组运行,既可用于建筑单体供暖、制冷,又可用于中小区域是供暖、制冷。

       三、工艺流程简介

       1)冬季供暖:矿井水经过提升泵送至除砂器过滤后,由水源热泵的一次侧(蒸发器)提取热量,进入水源热泵的矿井水为17℃,出水为10℃,水源热泵二次侧(冷凝器侧)将用户侧供暖回水由50℃升为60℃,供给用户采暖。

       2)夏季制冷:矿井水经过滤后,进入水源热泵冷凝侧(17℃),出水为24℃,同时将水源热泵二次侧(蒸发器侧)热量提取出来,二次侧的空调回水由12℃降为7℃供给用户

       3)末端改造:

       宿舍楼和生产厂区的供暖系统末端采用钢铝复合散热器,办公楼和餐厅等采用风机盘管。

       四、经济与社会效益分析

       1)系统冬季运行费用

       改造工程从2010年9月份开始至11月结束,历时60天,目前机组已正常运转30多天,矿井水供水温度为17℃排水温度为12℃,供暖系统出水为61℃,回水温度55℃,末端的供暖效果非常理想,暖气片供暖的室内温度均在18℃以上,主办公楼和化验室等配置风机盘管末端的室内温度均在22℃以上,达到设计要求。根据目前机组运行记录,每天机组运行24小时,系统每小时的耗电量平均为426KWH,其中机组的输入功率为366KW,采暖季按120天考虑,整个季节系统运行费用为:426×24×120×0.76=93.2万元,每平米折合运行费用为93.2万元/3.8万平米=24.5元/m2;(电费:0.76元/度),其中机组的实际制热量为2334KW,机组制热性能系数COP=机组的制热量/机组的输入功率=2334/366=6.37,远大于国家规定的COP>3.84【《冷水机组能效限定值及能源效率等级》(GB19577-2004)】的要求,节能效果非常显著,主要原因是归来庄金矿的矿井水温常年恒定在17℃,另外循环水量与温差合适也是节能的原因之一。

       2)传统燃煤费用:

       采暖季按120天、每天运行24小时考虑,燃煤按照Ⅱ类烟煤(热值为17693KJ/Kg)考虑,燃煤锅炉每年共需Ⅱ类烟煤为2334×24×3600×120×103/(17693×1000×0.6)=2280吨(其中0.6是锅炉热效率),每吨煤按1200元计,整个采暖季节运行费用为:2280×1200=273.6万元,折合平米运行费用为273.6/3.8=72元/m2;

       3)经济分析

       整个热泵机房的投资为343万元,用矿井水热能供暖的运行费用比传统锅炉每年节省P=273.6-93.2=180.4万元,投资与收益之比N=343/180.4=1.9,即从第三年就可以从节省的运行成本中收回系统的初投资。按照系统可以使用12年考虑,系统使用周期内节省的运行费用为P1=180.4×(12-4)=1443.2万元,其经济优势非常明显。热泵机组采用PLC编程控制,几乎实现无人安全运行状态,且维护、维修工作量小,热泵机房的劳动力需求为每天3人(1人/班),而锅炉房的劳动力需求为每天9人(3人/班),大大节约人力成本,按照每人每月3000元工资考虑,每个采暖期可节省的人工成本为(4个月)为P2=(9-3)X3000X4=7.2万元,12年可节省P3=7.2X12=86.4万元。

       4)社会效益分析

       使用锅炉采暖,除热效率低外,每吨煤燃烧排放的污染物分别为二氧化碳2620公斤,二氧化硫8.5 公斤,氮氧化物7.4公斤以及100公斤的煤渣等,每个采暖季燃煤2280吨,排放的污染物为二氧化碳5974吨,二氧化硫19.38吨,氮氧化物16.87吨和228吨的煤渣。利用矿井排水的水源热泵对环境的污染为零,其优点非常明显。

       五、结束语

       归来庄金矿利用水源热泵系统的成功案例,为矿山变废为宝、节能改造闯出一条新路,为其他类似矿山地下水的利用开创了先河。在资源日益缺乏的今天,为积极响应国家节能减排要求、利用环保绿色的新型能源做出了突出的贡献,推广和借鉴。

       1 唐守营 山东黄金归来庄矿业有限公司物资装备部经理,1987年毕业于山东矿业学院机械专业,毕业后一直从事设备能源管理工作,电话0539-7181620 18953938656

       2.赵承伟 2001年毕业于山东建筑工程学院,毕业后一直从事水源热泵系统的研究和设计工作,联系电话13562535031 0535-6936073

 
 
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