矿井回风余热回收利用,解决井口防冻问题
低温余热资源在煤矿中的应用探讨
低温余热资源在煤矿中的应用探讨1引言煤矿在生产过程中的用热需求主要有3个方面，冬季建筑物采暖、井口防冻和职工洗浴。
我国大多数煤矿通过传统的燃煤（燃油）锅炉提供热量，需要消耗大量的燃煤（燃油），也向环境排放了大量的污染物。
煤矿在生产过程中产生大晨的低温余热资源，但由丁•不缺乏能源，这些低温余热资源往往并不被利用。
随着能源消耗日益凸显，环境污染越来越严重，开发绿色、环保的新能源已成为各国研究的重点，废热资源回收和利用越来越受到人们的重视, 因此，煤矿的低温余热资源回收利用就成为了迫切的需要。
2煤矿中低温余热资源的利用技术及可利用的低温余热资源2.1低温热泵技术到目前为止，针对矿井低温余热利用的技术主要是低温热泵技术。
低温热泵技术是一种以可再生能源——浅层低温热能为热源的新型、节能环保型冷暖中央空调系统，它具有冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷及常年提供卫生热水的功能，是•种以消耗少量电能为代价，能将大量无用的低品位废热转变为高品位热能的装置［1］。
矿井低温热泵技术主要有水源热泵系统、空气源热泵系统和热管回收系统［2］。
目前在理论上较为成熟且已投入实际应用的煤矿低温余热资源利用技术为水源热泵技术［3］。
2.2煤矿可利用的低温余热资源目前，煤矿可利用的低温余热资源，主要包括矿井排水热量、空气压缩机压缩热量、矿井回风热能、洗浴废水热量以及太阳能等。
（1）矿井回风热能。
一般情况下，矿井回风的温度、湿度一年四季变化不大，矿井回风的相对湿度达到90%,而温度随着煤层赋存深度变大而变高，其蕴涵的低温热能越多，H 收利用价值越高。
（2）矿井排水热能。
为了确保煤矿井下生产安全，矿井在开采过程中要排出大量矿井水，并且水量随着矿井生产的规模不断扩大和开采时间的增K:会逐年增多。
这部分矿井水水温多在18〜35 °C,温度基本恒定，具有大量的可利用低温热能。
（3）空压机余热回收。
空压机的冷却水具有流量稳定、温度较高、水质较好等特点，利用基于热泵原理的技术回收空压机设备冷却水的余热。
矿井水及压风系统余热回收利用
矿井水及压风系统余热回收利用发表时间：2017-12-11T10:29:23.673Z 来源：《基层建设》2017年第26期作者：张永彪[导读] 摘要：在我国，采取井工开采的矿井在生产过程中，矿井排水的处理和矿井热害现象是需要面对的普遍现象。
鹤煤六矿河南省鹤壁市 458000摘要：在我国，采取井工开采的矿井在生产过程中，矿井排水的处理和矿井热害现象是需要面对的普遍现象。
为了保证井下人员和机械的正常工作，要对矿井水及时作出处理。
在矿井排出的废水和矿井回风中蕴含着大量的热能，将煤矿开采中产生废热、余热能回收，与水源热泵系统结合，能将大量不能直接利用的低温热能变成有用的高温热能，用于矿区的冬季供热、井口防冻和夏季的空调系统，不仅能取代锅炉房，减轻环境污染的压力，还能降低企业的生产能耗、提高企业的经济效益。
关键词：矿井水；压风系统；余热回收利用1矿井水及压风系统概述1.1矿井水简介1.1.1矿井水来源：矿井水一般是因巷道揭露和采空区塌陷波及水源所致，其水源主要是大气降水、地表水、断层水、含水层水和采空区水等。
1.1.2矿井水热来源：在煤矿的开采过程中，涌出的矿井废水的热量来源主要是地热能；从井下岩石中涌出温度较高的深层地下水和井下机械设备用过的高温废水同样含有巨大的潜在热能。
1.1.3矿井水热能回收的必要性和可行性（1）必要性煤炭生产过程中，据统计我国矿井废水年排放量超过40亿m3，将来还会逐年递增。
大部分被直接排掉，造成水资源浪费和环境污染。
面对资源日益缺乏的未来和国家策略调整，矿井水的再回收利用已经刻不容缓。
（2）可行性矿井水热能赋存量巨大，与空气相比，具有容重高、比热大的特点；全年温度变化幅度小，排水温度随季节变化小；受外界环境气候变化影响小，是种稳定的低位热能。
1.2压风系统概述：在煤矿生产系统中，压风系统是必备的生产子系统，其运行状态直接影响着矿井生产的安全性。
据统计，压缩空气的能源消耗约占矿井生产用电量的10%～35%，而且压缩机工作时其循环油及排气产生的热量可高达80℃以上，这部分水泵在循环油和气流中的热量约占空气压缩机输入功率的3/4左右，不仅浪费了压缩机的有效功率，还污染了环境。
矿井回风热能利用技术及其应用
中换 热 、 降噪 、 除尘 后 回到循 环 水 池 ， 样 循 环往 复 这
地将 回风 中 的低 温热 能收 集到 集水 池 内。
１ 矿 井 回风 热 能利 用 技 术 原 理
对 于井 工 开采 的煤 矿 ， 一般 采 用抽 出式 通 风方
式 ， 用 主 要 通 风 机 通 过 回 风 井 回风 ， 井 总 回 风 直 利 矿 接 排 人 大 气 。 一 般 情 况 下 ， 井 总 回 风 的 温 度 、 度 矿 湿
井筒 换热器 出 口温度 １ ８～２ ２℃ ， 副井 上井 口进
一
年 四季 基 本 保 持 恒 定 ， 中蕴 藏 大 量 的低 温 热 能 ， 其 目前 这 部 分 热 能 没 有 被 利 用 ， 着 矿 井 通 风 排 放 到 随
图 ｌ 矿 井 回风 热能 利 用 系统 原 理
大气 中去 。 热泵 是 一种 以消耗 少 量 电 能为 代价 ， 能将 大 量
Ｑ ＝ ｐ Ａ ＝ ７ Ｗ Ｇ ｃ ｔ ７ ８ｋ
热泵机 组不会 出现 沙 堵 问题 ， 高 了水 源 热泵 的适 提
应性 。
Ｈ ６ ０型热 泵 机组 基 本 技术 参数 ： 义制 热 量 Ｅ４ 名
６ ２ ２ｋ ； 义制 冷 量 ５ ９ ７ｋ ； 小水 源水 流 量 ５ ． Ｗ 名 ７ ． Ｗ 最 ７ ． ｈ 最 小循 环水 流 量 ５ ． ５Ｉ ／ ； ３ ９ｉ ／ ； ｎ ８ ２ ｈ 名义 耗 电 ｎ
不 能 直 接 利 用 的 低 温 热 能 变 为 有 用 的 高 温 热 能 的装 置 。 通 过 热 泵 技 术 可 以 回 收 矿 井 总 回 风 中 低 温 热
三 矿 矿 井 冬 季 回风 温 度 ２ １℃ 左 右 ， 过 回 风 换 经
矿井余热超高效回收利用系统的建立与应用
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Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２０１９／０７
Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉ科学技术
行费用为零。 ３．压风机余热自除垢回收技
术 利用闭式纯净循环水与螺杆
压风机的压缩机油换热，纯净循 环水被７０。Ｃ的压缩机油加热至６０。Ｃ 左右，送人安装于热水箱下部的 闭式自清洗弹簧式换热器中，加 热水箱的自来水至４５℃以上用于 洗浴，彻底解决传统的压风机余 热系统的水质差、易结垢、系统 复杂无法稳定运行等问题。进入 水箱的自来水与压风机的空气冷 却器进行换热，将自来水预热回 收进人水箱，进一步提高系统的 产水率。该系统实现洗浴热水加 热过程的运行费用为零。
要热水加热，同时并人一台制热 量１ ３０ｋｗ的空气源热泵机组作为 压风机不运行时的辅助热源。
三、主要创新点及应用情况 １．主要技术创新 滕东煤矿井下热害严重，夏 季矿井回风不宜作为空调机组的 冷源，回风换热系统需要具有夏 季及春秋季节自动切换功能，以 减少矿井通风机的运行阻力。滕 东煤矿主井兼作回风井，矿井回 风内的粉尘量较大，换热系统具 备一定的防粉尘污垢的能力。通 风机出口离副井的距离约１３０ｍ， 采用世界首创的“风一风直接换 热加热系统”技术，无参考的案 例，设计制造难度大。 滕东煤矿通风机出口场地 小，无法安装常规的风水喷淋热 交换器，故研发使用了全新一代 的无阻力模块式矿井回风“风一水 换热热交换器”。 由于水质较差，用于洗浴热 水加热的加热器具有较强的防结 垢功能。洗浴热水加热后放入水 池，不同于锅炉蒸汽加热，研发 使用自动恒温系统。 综上所述，结合滕东煤矿的 具体特点，该套矿井余热超高效 回收利用系统主要创新点有以下 几方面： 一是设计研发了全新一代的 无阻力模块式风一水热交换器； 二是设计研发了洗浴热水加热用 的盘管式自除垢水箱加热器；三 是设计研发了浴池水温恒定加热 器；四是设计研发了矿井回风进 入换热系统的切换风阀；五是设
济宁二号煤矿热害治理与余热利用改造项目
济宁二号煤矿热害治理与余热利用改造项目济宁二号煤矿井下开采深度达到-1000m，地温一般大于37℃处于一级高温区，为有效解决夏季高温热害，设计采取全风量降温技术治理矿井热害，选用水源热泵机组制备低温冷冻水通过管道输送到设置在主副井口的空气换热站，实现夏季对主副井进行降温；冬季利用矿井水+蒸汽作为热源，由热泵机组制备热水通过管道将输送到设置的井口空气换热站，对主副井口供热。
热害治理与余热利用改造项目有效解决了夏季高温热害及冬季井筒防冻两大问题。
标签：制冷；制热；离心式热泵机组；螺杆式热泵机组；板式换热器0 引言济宁二号煤矿是一座年设计生产能力为400万吨的大型现代化煤矿，采用立井多水平开拓，第一水平-555m，第二水平-740m，开采深度-450m～-1000m。
根据勘探地质报告，-650～-900m之间等高线之间，温度一般高于31℃、小于37℃，为一级高温区；-900m等高线以深地温一般大于37℃，属于二级高温区。
设计采取全风量降温技术治理矿井热害，利用矿井水+蒸汽作为热源，选用水源热泵机组实现夏季对进入主副井口的风流进行降温，冬季对主副井口供热。
1 项目采用的技术原理制冷负荷：副井口进风量18400m3/min，全部进行处理，所需的冷负荷为11876 kW，更衣室空调冷负荷2400 kW，总冷负荷14276 kW。
制热负荷：主副井口防冻热负荷为6343kW，更衣室空调热负荷2400 kW，总热负荷为8743 kW。
该系统由3台离心式热泵机组、2台螺杆式热泵机组、2台板式换热器、7台冷却水泵、7台冷冻水泵、1套水处理系统，2个冷却塔，20台冷却塔风机，供配电及自控系统等组成。
选用3台离心式水源热泵机组，单台热泵机组的制冷量为4000 kW/台；配置2台螺杆式水源热泵机组，单台机组的制冷量为1204 kW/台，总制冷量14408 kW。
集中控制系统采用modbus协议纳入矿井监控系统，操作室内监控上位机对能源站系统运行情况实时监控。
矿井回风余热利用风源热泵供热及制冷系统技术研究
矿井回风余热利用风源热泵供热及制冷系统技术研究【摘要】峰峰集团有限公司薛村矿是1959年11月5日建成投产，原设计生产能力90万。
1988年7月开始改扩建，于1991年12月改扩建竣工投产。
改扩建后年设计生产能力为135万t/a，1997年实现达产。
井田位于河北省邯郸市西南部，峰峰矿区大社镇。
关键词：矿井回风余热；热泵；研究【abstract 】fengfeng group Co., LTD, xue village ore is on nov. 5, 1959 are put into operation, the original design production capacity of 900000. Beginning in July 1988 and expansion, in December 1991 completed expansion. The same expansion production capacity of 1.35 million t/a, 1997 DaChan realization. Located in hebei province southwest of handan laohutai mine field, fengfeng mine big clubs in town.Keywords: mine return air waste heat; Heat pump; research薛村矿东风井立井和辅助设施采用6.5吨两台锅炉供暖，锅炉服务年限已久，维修费用之大，耗能之高，为满足立井和辅助设施供暖的需要，搞好节能减排工作，故申请对采暖进行节能改造。
1东风井供热现状：（1）、东风井使用的两台6.5t/h蒸汽锅炉是1989年安装运行的，至今运行20多年，运行效率低，每年都要大修，运行成本居高不下，现已超限服务，急需更换新设备。
供热负荷一个进风立井和近2000m2附属建筑。
竖井口空气加热防冻系统的设计应用
竖井口空气加热防冻系统的设计应用潘 川，温 超，杨世冬（山东黄金集团蓬莱矿业有限公司，山东 烟台 ２６５４００）摘 要：井筒防冻工作是地下矿山冬季四防的重要安全防治工作之一。
矿井进风温度低、速度快，极易在井筒内形成淋帮水结冰现象，大型冰块塌落常常会造成伤人事故和井筒设备伤害事故。
而传统的人工除冰工作理难度大、除冰过程存在较大风险、除冰工作需要反反复复影响矿井提升能力。
因此，采取措施使井筒内无法结冰才是解决井筒防冻工作的根本措施。
蓬莱矿业公司采取了螺杆空压机余热回收供暖＋智能电热水器的加热防冻系统，应用远程射流技术实现对井筒防冻有效控制，实现余热合理利用、投资小、能耗低、建设周期短。
关键词：结冰；井筒防冻；螺杆空压机；余热回收；智能电热水器中图分类号：ＴＤ７２７．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）２２－０２１２－２Design and application of air heating anti freezing system for vertical wellheadPAN Chuan, WEN Chao, YANG Shi-dong（Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｇｏｌｄ Ｇｒｏｕｐ Ｐｅｎｇｌａｉ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ．， Ｌｔｄ，Ｙａｎｔａｉ ２６５４００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｓｈａｆｔ ａｎｔｉｆｒｅｅｚｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｏｒｋ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｅ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ． Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ａｉｒ， ｉｔ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｆｏｒｍ ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｅｎｃｈｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｈａｆｔ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍａｎｕａｌ ｄｅｉｃｉｎｇ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ， ｔｈｅ ｄｅｉｃｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｒｉｓｋｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｉｃｉｎｇ ｗｏｒｋ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｒｅｐｅａｔｅｄｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｌｉｆｔｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔａｋｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｉｓ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ． Ｐｅｎｇｌａｉ ｍｉｎｉｎｇ ｃｏｍｐａｎｙ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｓｃｒｅｗ ａｉｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｈｅａｔｉｎｇ ＋ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ， ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｍｏｔｅ ｊｅｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｓｈａｆｔ ａｎｔｉｆｒｅｅｚｅ， ｒｅａｌｉｚｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ， ｌｏｗ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ， ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｈｏｒｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ．Keywords: ｆｒｅｅｚｉｎｇ； ｗｅｌｌｂｏｒｅ ａｎｔｉｆｒｅｅｚｅ； ｓｃｒｅｗ ａｉｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ； ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ； ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ1 工程概况蓬莱公司各矿段采用机械化通风，分区通风方式，强家沟矿段井下需风量19.28m³/s，河西矿段井下需风量19.28m³/s，侯格庄矿段井下需风量17.64m³/s。
矿井口乏风 热泵热回收方案
矿井口乏风热泵热回收方案矿井口乏风热泵热回收方案是一个有效利用矿井乏风余热，降低能源成本，提升能源利用效率的系统方案。
以下是该方案的主要内容：1. 方案概述：矿井口乏风热泵热回收方案利用热泵技术，通过吸收和转化乏风中的低品位热能，将其转化为高品位热能，用于供暖、热水供应等应用领域。
2. 方案目标：本方案的目标是实现矿井乏风的余热回收，提高能源利用效率，降低采矿企业的能源成本，同时减少对环境的影响，实现绿色矿山的建设。
3. 技术方案：•热泵机组：选用合适的热泵机组，可采用涡旋式热泵或螺杆式热泵等类型，具体型号应根据实际工况和需求进行选择。
•换热器：为了实现乏风与热泵的换热，需要设置换热器。
换热器应具备较高的换热效率和较低的阻力，可采用翅片式换热器或螺旋式换热器等。
•控制阀和管道：根据需要选择合适的控制阀和管道，确保系统的可靠运行和良好的水力性能。
4. 实施步骤：•现场勘查：对矿井口进行实地勘查，了解现场的实际情况和条件。
•方案设计：根据现场勘查结果，进行方案设计，确定热泵机组型号、换热器类型、控制阀和管道的规格等。
•设备采购：根据设计方案，采购相应的设备和材料。
•安装调试：按照设计方案进行设备的安装和调试，确保系统的正常运行。
•运行监测：对系统进行运行监测，收集运行数据，评估系统的性能和效益。
5. 经济效益分析：在乏风余热回收的基础上，本方案的经济效益主要体现在能源成本的降低。
通过回收乏风的余热，可减少对传统能源的依赖，降低采矿企业的能源消耗成本。
6. 社会效益分析：本方案的社会效益主要体现在节能减排和绿色矿山建设方面。
通过回收乏风余热，可减少对环境的负面影响，同时提高能源利用效率，为绿色矿山的建设提供支持。
7. 可持续性分析：本方案的可持续性主要体现在其节能环保的特性上。
通过回收乏风余热，可实现能源的可持续利用，降低对传统能源的依赖，从而减少对环境的负面影响。
同时，本方案具有较高的经济效益和社会效益，可促进采矿企业的可持续发展。
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矿井是个巨大的蓄热体，蕴藏丰富的地热资源。
在矿井开发的过程中，伴随有矿井回风的优质余热资源产生。
矿方一般很少利用这些低温余热资源，不仅造成了资源的浪费，而且会导致严重的热污染、粉尘污染与噪音污染。
当地面新鲜风流送入进风井筒以后，供给工作面新鲜空气的同时也吸收来自沿程围岩散热、机械设备散热、煤体氧化、人员等方面的散热，当风流从回风井排出时，矿井回风的温度比进风高出许多，加之矿井回风量大，因此，矿井回风中蕴藏着大量的低温热能，而这部分热能未被利用，直接排到大气，会造成热能的极大浪费。
如果以矿井回风作为低温热源，利用重力式热管换热器技术，将其转变为有用的高温热源，用于满足井筒防冻，则会是一个很好的作用。
矿井回风顺着扩散塔引至重力热管热器蒸发段，热管中工作液体受热蒸发，蒸汽在压力差的作用下顺着上升管流入换热器冷凝段放出汽化潜热，回风放出汽化潜热后温度降低，顺着排风风道排至大气。
新风管道引至换热器冷凝段吸收汽化潜热达到预热目的，加热后的空气温度升高到规定温度以上，沿着进风风道最终送入井筒内;冷凝后的工作液体在重力的作用下，顺着下降管回流到蒸发段的液池当中。
只要有加热源，这一过程就会循环进行。
利用矿井余热利用技术，将矿井回风中的热能加以利用，将这部分能量转移到供热端解决冬季井口防冻和预热矿井新风、从而替代燃煤锅炉，达到节约燃煤、减低炭排放、硫排放、粉尘排放的节能减排目的。
随着人们节能和环保意识的提高，矿井余热利用技术的研究和应用必将越来越受到重视，重力热管在矿井余热中的利用具有广阔的应用前景，不仅可为井下工作人员创造舒适的工作环境，而且还可以为矿井带来巨大的直接经济效益，同时起到节能减排的作用。