工矿企业余热资源利用的探索与实践

工矿企业余热资源利用的探索与实践

袁晓丽

身份证号：370923198607080662   山东美天能源科技股份有限公司  邮编：271000

摘要：随着我国社会经济的进步和发展，我国的工矿企业的发展也取得了一定的进步。我国的工矿企业不仅是生产能源的主要单位，更是能源消耗巨大的单位。在煤炭生产的环节较多，过程也非常复杂，由于消耗能量的环节繁多，因此节能的空间是非常大的。

关键词：工矿企业；余热资源；利用

引言

工矿企业在生产生活过程中，建筑供暖、职工洗浴、衣服烘干等均需大量热能，企业往往采用燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉等制热系统，不仅建设及运行成本高，而且在大量能源消耗的同时污染物大量排放，污染环境。

1我国矿井中能够利用的余热资源介绍

1.1空压机余热

空压机的功率大约为250千瓦，我们假设X工矿中有五台空压机，通过实际的运行经验和工作经验我们可以发现，在绝大多数的工作时间内会同时运行三台空压机，因此空压机能够提供的废弃热量是：250kW×70%×3=525kW。

1.2风井余热

矿井生产是有一定的特点的，比如矿井的排风温度是恒定的，排风量也是比较稳定的，因此风井的余热也是一种质量较高的废热资源。和其它余热相比，风井余热是非常优质的，但是由于实际施工中，风井距离矿区是非常远的，如果想要利用矿井余热，不仅需要解决征地、敷设官网等问题，还需协调好地方上的关系，非常麻烦，并且开发的成本也非常高，因此一般情况下风井余热的还没有被纳入研究范围。

1.3洗浴废水中产生的废热资源

据相关资料统计，我国大部分工矿每天都会产生大量的洗浴废水，这些洗浴废水的温度一般都在三十摄氏度左右。我们按照X工矿每天产生700立方米的洗浴废水来计算，假设能够收集这些洗浴废水加以利用，能够产生的热量大约是700×（30-10）÷24×1.163=678.41kW。由于浴室内部的温度一般在三十摄氏度左右，是一种非常理想的低温热源，但是对洗浴废水的处理是非常麻烦的，需要进行头发收集，废水加压等处理，工作时间短并且相对集中，还有许多限制性的条件，因此目前只是作为一种备用性的热源。

1.4矿井回风余热

工矿中的回风资源非常丰富，通过实际的测量我们发现，矿井回风中的热能非常丰富，如果能加以开发和利用，能够成为冬季里的一种非常优质的低质低温热源。不管是矿井建井期还是生产期的供热，都能够发挥巨大的作用。

2余热利用方案设计

2.1供热系统设计原则

针对新元工矿特点和余热利用的技术难题，为顺利解决工矿井口保温和建筑采暖需求，遵循以下原则进行设计。(1)采用余热资源综合利用，确保井口及建筑采暖供热需求。本矿井余热资源分散，单独利用电厂余热资源和空压机余热资源及瓦斯抽放泵余热资源都无法解决井口及建筑采暖供热需求，针对这种情况，通过智能自控系统将发电机组烟气余热、发电机组缸套余热、空压机余热、瓦斯抽放泵余热集中收集到余热回收机房，然后分别送至井口和各建筑采暖位置，从根本上解决了余热资源分散、井口和建筑采暖需求热量不足的问题。(2)采用智能控制系统和实时监测系统调整设备运行数量，在保证井口保温防冻和建筑采暖需求的基础上，进一步降低能耗，实现超低费用运行。由于工矿余热利用工程的不确定性和复杂性，导致现有的控制大多还局限在人工控制或者简单的通过监测实际温度来调整阀门开度，无法实现精准、快速调控。本项目采用人工智能技术，预测预判的方法，可根据环境变化快速准确地计算出最优的优化控制方案。例如，当环境温度骤降，使得井口温度小于目标温度时，系统能够提前预知井口温度变化，并且预测稍后一段时间的环境温度变化趋势，及时反应并准确地计算出当前热水阀门的目标开度，从而准确、快速并且平稳地引导系统回到目标温度。系统稳定性提高的同时可节约大量热源。

2.2综合余热资源利用系统设计

（1）瓦斯发电机组余热资源利用主要包括瓦斯发

电机组烟气余热资源回收和缸套水余热资源回收。余热回收是通过在发电机组烟道出口和发电机组冷却水管道上分别加装一套余热回收装置，经过换热器加热后供给热用户，冷却后的循环水再被送回烟道出口和发电机组冷却水管道上余热回收装置加热，如此循环往复。

（2）空压机余热资源利用

空压机余热回收是在没有能源消耗的前提下，利用新型高效的余热利用设备回收空压机余热来把冷水加热的一种节能环保技术。空压机高温压缩空气和循环油气热能，通过热交换将热能传递给介质水引入换热机组内，实现热能利用，同时压缩机可以得到降温。

（3）瓦斯抽放泵余热资源利用

工矿瓦斯抽放泵余热，主要是从其冷却水系统中取热，采用水源热泵技术提升其热源温度后用于风井防冻与建筑采暖等，在本项目中其主要作用是在极端天气下为井口防冻提供热量。

3工矿企业综合余热利用实践研究

3.1企业余热资源分析

通过对余热现场情况进行调研，空压机在运行过程中产生的高温油通过冷却风扇将热量释放到大气中，通过余热回收装置可将油中热能提取利用；瓦斯抽采使用水环真空泵在运行过程中需要水形成真空，水由于压缩及泵体自身发热等因素导致温度上升，常依靠冷却塔降温，以保证系统正常运行，矿井水经提升泵升井后，通过沉淀、反洗等工艺，达到地表三类水后外排，四季温度均匀维持在13℃左右，可通过热泵技术提取热能来补充热源；瓦斯发电机组运行过程中会产生60℃的高温缸套水和400～500℃的高温烟气，故通过专用换热设备提取其热能。同时，根据对余热资源的提取利用进行了综合分析，将余热资源划分为三个阶梯，具体如下：第一阶梯：余热资源量大、品质高、易回收。以空压机余热、瓦斯发电机缸套及烟气余热为例；第二阶梯：余热资源量大、品质不高，需专业技术进行回收利用。以矿井水、空气余热为例；第三阶梯：余热资源量较低、品质不高，需专业技术进行回收利用。以瓦斯泵站余热、土壤层余热为例。针对不同类别的余热资源，结合实际情况，在不影响设备正常生产的前提下，通过热能守恒定律对设备进行了余热改造，实现企业全年职工洗浴热水、冬季建筑供暖及井筒保温，既满足了生产需要，又充分利用了余热资源，达到余热综合利用和节能降耗的目标。

3.2企业用热情况分析

工矿区常靠燃煤锅炉或燃气锅炉供职工洗浴、供暖等，用热负荷大，品质要求高，运行成本高。经测算，某矿井进风量为15000m3/min的井筒，按照最低温度零下18℃考虑，则井口冬季防冻所需的热负荷最高为6500kW[3]。办公区域总供暖面积按照15000m2计算，工业供暖热负荷指标80W/m2计算，总计需(15000×80)/1000=1200kW热负荷。澡堂日需洗浴用水为30m3，按照产水时间10h，热负荷为100kW。综上，总需热负荷为7800kW。

3.3余热综合利用技术

通过设计余热资源提取方案，将不同区域热能进行综合利用，重点解决热量配置与企业需求相匹配的问题，并实现产供热智能化运行。

3.4取得的经济效益

余热综合利用，预计一年可节省燃煤燃气锅炉、电锅炉等运转费用、折旧费用、检修费用及配件费用等，共计370余万元。减少矿区燃气使用量每年至少120万立方米，年节约标煤2500t，减排二氧化碳6500t。

结语

通过上述的介绍和阐释我们可以发现，尽管我国的工矿余热资源的研究和利用已经取得了一定的发展和成就，但是就我国工矿企业现阶段的发展状况而言，还存在许多技术上和管理上的问题。因此相关的工矿企业还需加强探索和研究，寻找回收余热资源的方法，尽可能的减少供暖的消费，减轻供热系统的消耗。

参考文献

[1]董宪伟，张九零，侯欣然.工矿余热资源综合利用研究[J].河北能源职业技术学院学报，2014，14（3）：49-51.

[2]吴学强.工矿余热资源综合利用设计研究[J].中国资源综合利用，2018（3）.

[3]冯小勇，屈云海.昆钢新区钢铁冶炼余热资源综合利用研究及应用[J].昆钢科技，2016（6）：53-58.

[4]中国煤炭建设协会.GB50215-2005煤炭工业矿井设计规范[S].北京：中国计划出版社，2015.

[5]唐玲玲，祝健，姚曜，等.某矿井余热资源利用系统研究[J].供热节能，2017，（5）：18-21.