济宁二号煤矿热害治理与余热利用改造项目
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摘 要：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。
关键词：制冷；制热；离心式热泵机组；螺杆式热泵机组；板式换热器
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.062
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臺螺杆式热泵机组、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。
2 关键技术及创造点
夏季，由冷水机组制备5-7℃低温冷冻水，通过管道将低温冷媒水输送到设置在主副井口的空气换热站，将进入矿井的空气实现降温除湿后再送入井下，最终达到降温目的。冬季，利用矿井复用水加电厂蒸汽作为热源，由热泵机组制备45℃及以上的热水，通过管道将冷媒水输送到设置的井口空气换热站，将进入矿井的空气加热到2℃以上，满足井筒防冻要求。夏季工艺流程：来自主副井的低温水回收→蒸发器→低温冷媒去往主副井，冷却水来自冷却塔→冷凝器→高温冷媒水去往冷却塔，冬季工艺流程：水水板换高温冷媒水→蒸发器→低温冷媒水去往水水板换，来自主副井高温水回收→冷凝器→高温冷媒水去往主副井， 蒸汽板换二次出口→用户→冷冻泵吸水→冷冻泵出水→蒸汽板换二次侧进口，蒸汽→蒸汽-水板换→蒸汽冷凝水→纯水箱。所有系统需要不断地补水才能维持系统的正常运行，全套水处理装置选用单级反渗透纯净水处理系统。水处理装置系统工艺流程：来水 → 原水池 → 原水泵 → 多介质过滤器→活性炭过滤器 → 阻垢剂加药装置 → 保安过滤器 → 高压泵 → 反渗透装置 → 纯水水箱。
热泵机组具有智能控制系统，配液晶显示屏能够根据负载变化而自动调节控制机组的运行工况，并对机组运行情况进行实时监控。系统有完整的故障自动保护、报警和自动诊断功能，并能自动记录、储存并显示全部的故障与报警信息。控制系统对机组各个环节的相关参数进行监测，实现对整个系统的协调运行和保护功能。系统实现对机组的运行工况制冷或制热，冷却水流量、进出水温度、冷冻水流量、进出水温度、蒸发器和冷凝器压力、油温和供油压力、电机转轴、轴承温度、电机的电流、电压等参数实时显示。
3 推广利用情况
夏季，由热泵机组制备5-7℃低温冷冻水，通过管道将低温冷媒水输送到设置在主副井口的空气换热站，将进入矿井的空气实现降温除湿后再送入井下，最终达到降温目的。冬季，利用矿井水由热泵机组制备45℃及以上的热水，通过管道将高温冷媒水输送到设置在主副井口的空气换热站，利用电厂余热蒸汽作为热源，由汽-水板换装置制备热水，通过管道将冷媒水输送到设置的井口空气换热站，将进入矿井的空气加热到2℃以上，满足井筒防冻要求。
4 项目的经济效益和社会效益情况
原冬季通过热交换站对主副井口进行供热，蒸汽使用量如下：冬季11月使用蒸汽量为2480吨，12月使用量为3250吨，1月最高使用量为4830吨，冬季年供暖蒸汽量为10560吨。采用余热利用，矿井水温度22℃余热利用后水温为15℃，采用余热利用后，冬季供暖热交换蒸汽使用量出现明显降低。11月使用蒸汽量为1850吨，12月使用量为2720吨，1月使用量为3660吨，冬季供暖蒸汽量为8230吨。每年蒸汽使用量节省2330吨，合计节约资金60.58万元。
济宁二号煤矿热害治理与余热利用改造项目同时也是一项惠民工程，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，给职工提供舒适的工作环境，提高了职工的出勤率，职工出勤率增加进而提高矿井的原煤产量，2018年我矿商品煤产量考核完成442.65万吨，比指标增加22.65万吨。
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作者简介：杨娜（1988-），女，山东新泰人，本科，主要从事煤矿机电工作。
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