203煤矿坑道水水源热泵设计实例分析liv

煤矿坑道道水水源源热泵设设计实例例分析中国建筑筑科学研研究院何何涛孙峙峙峰开滦精煤煤股份有有限公司司 梅海海斌 李李颜国 陈凯唐山阳光光新能源源有限公公司 李李智杰摘要开滦精煤煤股份有有限公司司范各庄庄和吕家家坨矿每每天可产产生1000000 m33坑道水水，处理后后的坑道道水水温温常年保保持在115118之间，非非常适用用于水源源热泵的的应用。两两个矿区区有全年年大量的的矿工洗洗浴、冬冬季坑道道风加热热、夏季季洗煤车车间降温温的用能能需求。目目前矿区区采用燃燃煤蒸汽汽锅炉供供热，没没有夏季季降温措措施，迫迫于节能能减排指指标的压压力以及及夏季供供冷的需需求，矿矿区拟采采用坑道道水水源源热泵系系统满足足上述冷冷热需求求。本文文简要介介绍了坑坑道水水水源热泵泵系统的的基本设设计原理理，系统统类型，主主要设备备以及预预期的节节能减排排效益。关键词煤煤矿坑道道水水量量水温冷热热负荷 系统形形式 节节能减排排1 工程概况况开滦精煤煤股份有有限公司司下属的的范各庄庄和吕家家坨煤矿矿所处的的煤系地地层共有有三层主主要含水水层。含含水随着着开采过过程涌出出，由矿矿井直接接排出。矿矿井每年年都要投投入巨大大的人力力、物力力来将排出的矿井坑坑道水处处理至饮饮用水水水质标准准，供给全全厂生产产生活用用水需求求。每天可可产生1100000 mm3坑道水水，处理理后的坑坑道水水水温常年年保持在在1518之间。范各庄矿矿业分公公司水源源热泵部部分的供供暖面积积为1001922.7平平方米，供供冷面积积为1997722.2平平方米。范范各庄煤煤矿男、女女更衣室室有全年年生活热热水需求求，热水水供应量量20000吨/天。吕吕家坨矿矿业分公公司水源源热泵部部分在采采暖期供供应矿井井室和巷巷道新风风加热负荷荷，新风风温度需需求：温温度不小小于2；风量量需求：1600m3/s。在在非采暖暖期为吕吕家坨煤煤矿男、女女更衣室室有生活活热水需需求，热热水供应应量20000吨吨/天。2 负荷估算算2.1 设计计算算参数办公室、厂厂房和更更衣室的的室内外外计算参参数根据据采暖暖通风与与空气调调节设计计规范（GGB5000199-20003）选取，本文不再赘述。特别需要指出的是吕家坨矿业分公司的矿井室和巷道送风参数：根据吕家家坨矿业业分公司司的提供供的数据据，矿井井口和巷巷道送风风的室外外计算温温度为-21，井口口处的送送风温度度不得小小于2。采暖暖时间为为本年的的11月月7日至至翌年的的3月115日，采采暖期1127天天，与民民用建筑筑采暖期期相同。2.2 冷热负荷荷估算范各庄矿矿业分公公司供暖暖总负荷荷为16611.5kWW。根据甲甲方提供供的资料料，范各各庄矿业业分公司司男、女女更衣室室的热水水需求为为20000吨/天，最最大小时时用水量量为1000吨/小时，设计小小时耗热热量为339544.4kkW。范各庄庄矿业分分公司空空调冷负负荷为331366.8kkW。吕家坨矿矿业分公公司矿井井室和巷巷道加热热新风负负荷为554522kW。吕家坨坨矿业分分公司男男、女更更衣室的的热水需需求为220000吨/天天，最大大小时用用水量为为1000吨/小小时，设计小小时耗热热量分为为39554.44kW。吕家坨坨矿业分分公司的的井口加加热新风风负荷在在采暖期期，生活活热水负负荷在非非采暖期期，所以以，井口口加热新新风负荷荷和生活活热水负负荷互不不影响，选选型时取取最大负负荷。3 坑道水用用量计算算3.1 范各庄矿矿业分公公司水源源热泵部部分坑道道水水量量估算：3.1.1 夏季坑道道水水量量本工程选选用的水水源热泵泵机组的的参数为为：制冷冷量15591kkW，制制热量118511 kWW，制冷冷COPP为5.3，制制热COOP为44.4。夏夏季制冷冷工况下下坑道水水利用温温差为111，需要要向坑道道水放热热的热泵泵系统的的负荷为为31336.88kW，计计算坑道道水需要要量为：坑道道水需要要量，单单位：mm3/h；空调调冷负荷荷，单位位：kWW；COP能效效比，取取5.33；c水水的比热热容，取4.19 kJ/（kgg）；水的的密度，取10000 kkg/mm3；坑道道水进出出口温差差，；所以，夏夏季制冷冷工况坑坑道水需需要量为为：31336.88(1+1/55.3)36000/（4.191000011）=2911.5(m3/h)范各庄矿矿业分公公司的生生活热水水负荷全全年都有有，所以以夏季还还需要热热泵机组组制备生生活热水水。制热热工况坑坑道水利利用温差差为9，需要要向坑道道水吸热热的热泵泵系统的的负荷为为45335.99kW，(m3/h) 夏季总用用水量为为3355 m3/h。3.1.2 冬季坑道道水水量量冬季制热热工况下下坑道水水利用温温差可以以达到99，热负负荷为555666kW，计计算坑道道水需要要量为：式中温差差取9，COOP值取取4.44外，其他参参数与上文中相相同。冬季坑道道水需要要量为4411 m3/h。设计坑道道水水量量需求选选取较大大的冬季季用水工工况，即即4111m3/h。即即使全天天24小小时都达达到设计计用水工工况时，用水水负荷为为98664m33/天。范范各庄矿矿业分公公司矿井井坑道水水每天能能够提供供的水量量为1000000 m33/天，可可以满足足工程所所需水量量。3.2 吕家坨矿矿业分公公司水源源热泵部部分坑道道水水量量估算：计算过程程与范各庄庄矿业分分公司工工程相似似。设计坑道道水水量量需求为为4022m3/h，即即使全天天24小小时都达达到最大大用水工工况，最最大用水水量为996488m3/天。吕吕家坨矿矿业分公公司矿井井坑道水水每天能能够提供供的水量量为1000000 m33/天，可可以满足足工程所所需水量量。4 设计方案案方案简介介通过坑道道水泵，蓄蓄水池的的坑道水水直接进进入热泵泵机组，作作为冷热热源用于于供暖和和供冷。 坑道水提提取工艺艺按如下下工序进进行：蓄水池坑坑道水循循环泵 坑道道水源热热泵机组组管道输输送排入入水池5 主要设备备根据采暖暖、空调调负荷状状况，范范各庄矿矿业分公公司水源源热泵部部分选择择四台SSGHPP18000型水水源热泵泵机组作作为空调调主机，夏夏季制冷冷和提供供生活热热水，冬冬季供热热和提供供生活热热水；吕吕家坨矿矿业分公公司水源源热泵部部分选择择三台SSGHPP18000型水水源热泵泵机组作作为空调调主机，采采暖期为为矿井室室和巷道道供应暖暖风，非非采暖期期提供生生活热水水。机组组主要技技术参数数如下：表3坑道道水源热热泵机组组参数表表机组型号号运行工况况冷冻水冷却水制冷（热热）量（kW）输入功率率（kW）初温（）终温（）水量（tt/h）初温（）终温（）水量（tt/h）SGHPP18000A制冷127274182914815911300制热156142404914218511421SGHPP18000A型型热泵机机组耗电电功率：制热时时4211kW，制制冷时3300kkW。全全年制备备生活热热水需22台机组组，耗电电功率8842kkW，夏夏季制冷冷时需22台机组组，耗电电功率6600kkW，冬冬季采暖暖时需11台机组组，耗电电功率4421kkW。范范各庄矿矿业分公公司水源源热泵机机组的总总电容量量为14442 kW；吕家坨坨矿业分分公司水水源热泵泵机组的的总电容容量为112633 kWW。6 技术经济济分析6.1 系统增投投资此处系统统概算包包括机房房中热泵泵机组、水水泵、自自动控制制、室外外管网、组组合式空空调机组组、末端端用户设设备等增增投资部部分。经估算算开滦精精煤股份份有限公公司水源源热泵工工程总投投资为222422.2万万元，其其中水源源热泵机机组10041万万元，机机房设备备47.8万元元，末端端设备3387.8万元元，变电电设备改改造5005.66万元，相相关材料料2600万元。6.2 常规能源源替代量量与传统的的系统相相比，开开滦精煤煤股份有有限公司司水源热热泵工程程每年可可以节约约常规能能源444，3448，4498kkWh；若系统统的使用用寿命按按照155年计算算，总共共可以节节约常规规能源6665，2227，4469kkWh。6.3 费效比若开滦精精煤股份份有限公公司污水水源热泵泵改造工工程的使使用寿命命按照115年计计算，则则该工程程的费效效比（增增量成本本/寿命命期内常常规能源源替代总总量）为为0.004元/kWhh。6.4 与常规能能源对比比分析对于范各各庄矿业业分公司司水源热热泵部分分，如果果采用常常规制冷冷机组对对洗煤厂厂新厂房房、净化化水厂办办公室和和男女更更衣室制制冷，制制冷机组组的造价价与水源源热泵机机组的成成本相差差不大，而而采用常常规制冷冷机组则则应增加加冷却塔塔等散热热设备。按按照冷负负荷31136.8kWW计算，若若采用常常规制冷冷方式，需需增加冷冷却塔等等散热设设备的投投资299.5万万元。根据建设设方提供供的资料料，对于于公共建建筑，采采暖季采采暖费用用按照建建筑面积积核算，为为21.3元/；非非采暖季季供应生生活热水水的成本本每年为为2777.355万元，生生活热水水成本费费用为55.8元元/吨。若坑道水水水源热热泵建成成后，采采暖部分分的运行行费用每每年平均均为9.4元/，相相对于常常规采暖暖每年节节约111.9元元/；生活热热水每吨吨可以节节约2.6元，就就生活热热水一项项，每天天就可以以节约552000元。对于吕家家坨矿业业分公司司水源热热泵部分分，根据据建设方方提供的的资料，采采暖期井井口通风风采暖费费和非采采暖期生生活热水水费用包包括燃煤煤、电费费、水费费、人工工费、材材料费、维维修费、折折旧费等等，合计计每年需需4933万元。若若吕家坨坨矿业分分公司水水源热泵泵部分能能够实施施，则每每年的运运行费用用只需2263.4万元元。每年年就可以以节约运运行费用用2299.6万万元，节节约率达达到466.6。经核算，综综合考虑虑运行的的电费、人人员费、折折旧费等等各项运运行费用用，开滦滦精煤股股份有限限公司水水源热泵泵工程的的运行费费用每年年为6118.44万元。表4开滦滦精煤股股份有限限公司水水源热泵泵工程运运行费用用对比表表费用名称称常规能源源（万元元）水源热泵泵（万元元）燃料费563.4 0.0 电费220.7 494.6 水费145.9 10人工费145.5 16.77 材料费24.22 5.0 维修费40.00 15.00 折旧费26.33 77.11 合计11655.9 618.4 7 效益分析析7.1 节能预测测分析节煤量根根据下式式计算：G每年年可以节节约的标标准煤，单单位：吨吨/年；Q每年年可以节节约的能能量，单单位：MMJ/年年；标准煤煤的热值值，293309MMJ/吨吨；锅炉及及管网的的效率；若开滦精精煤股份份有限公公司水源源热泵工工程能够够实施，每每年可以以节约标标准煤1108995吨。其其中每年年采暖节节约标准准煤12205吨吨，制冷冷节约标标准煤2239吨吨，生活活热水供供应节约约标准煤煤94551吨，具具有很好好的节能能效益。7.2 经济效益益分析开滦精煤煤股份有有限公司司水源热热泵工程程实施后后，每年年可以节节约人民民币5662.66万元。工工程的总总投资为为22442.22万元，投投资回收收年限为为4年。7.3 环境效益益分析据资料统统计，唐唐山市的的大气环环境污染染日益严严重，尤尤其是在在冬季采采暖季。造造成大气气环境污污染的原原因主要要是能源源消费结结构以煤煤为主；而煤炭炭的消耗耗大部分分又是用用于冬季季采暖。因因此，如如何在采采暖供热热方式的的选择上上突出环环境保护护的制约约，具有有重要意意义。坑坑道水热热泵工程程无需锅锅炉，没没有燃烧烧过程，不不存在固固体废弃弃物、有有毒有害害气体及及烟尘排排放等问问题，不不消耗水水资源，不不污染地地下物质质，因而而是环保保的空调调系统。开滦精煤煤股份有有限公司司可再生生能源工工程若能能实施，每每年节约约的常规规能源，每每年可以以减少向向大气排排放二氧氧化碳(CO22)73343吨吨（按碳碳计），二二氧化硫硫(SOO2)2217.9吨，粉粉尘1008.99吨；环环境效益益非常明明显。8 结论8.1 煤矿坑道道水水温温常年保保持在115118之间，非非常适用用于水源源热泵的的应用；8.2 为达到节节能减排排的要求求，煤矿矿坑道水水水质必必须抽至至地面处处理后有有组织的的利用，无无需为了了水源热热泵应用用另行打打地下水水井，节节省了投投资；8.3 由于矿区区原有锅锅炉建造造年代久久远，热热源效率率低，热热网损失失达，系系统设计计落后，能能源浪费费严重，因此运行费用居高不下，尤其是污染物排放严重超标，急需改造。煤矿坑道水水源热泵系统运行简单，效率高，与常规燃煤锅炉相比节能减排效果明显。参考文献献1徐徐伟. 地源热热泵工程程技术指指南MM. 北京：中国建建筑工业业出版社社，200032国国家标准准 GBB 5000199-20003，采采暖通风风与空气气调节设设计规范范3国国家标准准GB5503666-220055，地源热热泵系统统工程技技术规范范何涛，男男，19974年年7月出生生，高级级工程师师，北京京市北三三环东路路建研院院空调所所，10000113，电电话：0010-8422789906，传传真：0010-8422882287，iaccviip.ssinaa.coom。10