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⑷《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》;
⑸《国务院关于加强节能工作的决定》(国发[2019]28号);
⑹《国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》;
⑺《“十二五”十大重点节能工程实施意见》;
⑻《国家发展改革委关于印发<
节能中长期专项规划>
的通知》(发改环资〔2019〕2505号);
⑼《“十二五”资源综合利用指导意见》;
⑽《千家企业节能行动实施方案》。
1.3项目背景
煤矿工业广场地面建筑(办公楼、生产系统、职工宿舍、食堂等)的供暖、井筒防冻及职工浴室洗澡热水需要消耗大量的热能,目前传统做法是通过燃煤锅炉提供热源以满足上述要求。
这样,不仅消耗大量煤炭,而且煤炭燃烧时排放大量污染物造成环境污染。
与此同时,煤矿生产过程中会产生大量的矿井乏风、矿井排水等资源。
矿井通风系统是煤矿安全生产的重要保障,井工开采的煤矿一般采用抽出式通风方式,利用主扇通过回风井将矿井总回风直接排入大气,一般情况下,矿井总回风的温度、湿度一年四季基本保持恒定,其中蕴藏大量的低温热能未得以利用,随着矿井回风直接排入大气;
煤矿生产过程中产生的大量矿井水需要从井底水仓不断地排到地面,矿井排水水温一年四季变化不大,一般在13~18℃左右,其中也蕴含大量的低温热能;
此外还有洗浴废水、坑口电厂冷却水、空压机排风等也都蕴含着丰富的低温热能。
如果对以上这些“废热”进行回收,就可以满足工业广场地面建筑冬季采暖(夏季空调)、井筒防冻或加热职工澡堂卫生热水的需求,从而实现煤矿产煤不燃煤,取消或取代燃煤锅炉,减少对环境的污染。
而且煤矿低温废热资源丰富,是很好的可再生能源,只要煤矿正常生产,这种能源就“取之不竭”。
煤矿大量低温热能的回收利用主要是通过热泵技术实现。
热泵是一种以消耗少量电能为代价,能将大量不能直接利用的低温热能变为有用的高温热能的装置。
通常情况下,热泵机组的能效比可达4-6(即输入1kW电能可以得到4-6kW的热能或冷能),相比燃煤锅炉,可实现节能达40%以上。
因此,在煤矿应用煤矿低温废热回收热泵供热、空调技术可以替代燃煤锅炉,可以实现供热无污染物排放,系统运行高效、节能、环保,符合国家的政策要求。
在国家“节能减排政策”及建设资源节约型、环境友好型社会的大背景下,煤矿低温废热回收热泵供热、空调技术正是基于上述优点,得到了国家政策的大力支持。
“矿井乏风和排水热能综合利用技术”入选国家重点节能推广目录(第三批);
国家“十二五”节能减排综合性工作方案也指出要大力发展地热能、太阳能等可再生能源的开发利用;
2019年1月,国家能源局、财政部、国土资源部、住建部等联合颁发的《关于促进地热能开发利用指导意见的通知》指出,要结合各地地热资源特点和当地用能需求开展地热能的开发利用,推广热泵技术,鼓励既有燃煤锅炉、中央空调供冷系统改用热泵系统;
随后,国家发改委又颁发了关于组织申报2019年低碳技术创新及产业化示范工程项目的通知,指出:
要推动重点行业低碳技术创新及产业化,以满足煤炭等重点行业实现低碳排放发展需求为目标,以技术研发及其应用示范为重点,开展重点领域节能减排、清洁生产工艺、控制温室气体排放等相关技术创新,建设低碳技术创新及产业化示范工程,在煤矿开展煤矿乏风源、矿井水水源热泵供暖成套技术创新及产业化示范工程,建成充分利用煤矿排风乏风源、矿井排水水源、井下地温等余热热泵供热、供暖的大型煤矿无燃煤锅炉供热系统,推进高科技改造提升传统产业,实现可持续发展。
国家一系列促进节能减排政策的出台有利于国家“十二五”实现节约能源6.7亿吨标准煤、单位国内生产总值能耗降低16%左右、主要污染物排放总量减少8%的远景目标,同时也为煤矿低温废热热泵供热技术推广实施提供了强有力的政策支撑。
目前该技术已在冀中能源集团、山西焦煤集团、河南平煤集团、山东能源集团等多家大型煤炭企业推广应用。
神东煤炭集团作为神华集团的核心煤炭生产企业,有丰富的矿井回风、矿井排水等低温废热资源。
目前神东集团公司拥有19个矿井,整体产能超过2亿吨。
调研的13个井工开采矿井,矿井总回风量约232950m3/min,理论可回收的热量约60181kW,相当于114吨锅炉的供热量;
矿井总排水量约83234m3/d,理论可回收的热量约46671kW,相当于89吨锅炉的供热量,生活污水量约为11600m3/d,理论可回收的热量约6500kW,相当于13吨锅炉的供热量,节能潜力巨大。
在当前神东煤炭集团丰富“四化”模式,创建“本质安全型、质量效益型、科技创新型、资源节约型、和谐发展型”企业的过程中,煤矿低温废热回收热泵供热技术无疑可以作为丰富“四化”模式的一项重要举措,对变革神东目前传统锅炉为主的供热模式,从而达到煤炭企业能源的循环利用和节能减排具有重要的现实意义。
1.4项目内容
本项目分析采用热泵技术回收神东矿区低温废热资源,用于满足神东各煤矿工业广场的建筑冬季供暖、井筒防冻、洗浴热水等用热需求,从而取消或部分取消燃煤锅炉,实现节能减排的可行性,主要完成如下内容:
⑴充分调研神东矿区各煤矿现有低温热源情况,分析现有低温热源供热、制冷能力。
⑵针对各个煤矿冬夏季能源需求情况,制定低温热源回收总体方案。
⑶计算、论证回收低温热源取代传统锅炉房和分体空调的可行性和经济效益。
第二章神东煤炭集团各煤矿供热现状
本章对调研的神东集团所属各矿现有供热现状进行整理分析,摸清目前神东各矿供热需求(包括新建建筑供暖、高耗能供热、供热改造等环节),为煤矿废热回收利用热泵技术在各矿的推广实施提供基础数据,实现神东各矿生产、生活供热的节能减排。
2.1石圪台煤矿供热现状
2.1.1石圪台煤矿现有供热概况
石圪台煤矿现有供热概况
①现有供暖面积:
30万平米,分体空调面积:
6万平米。
②2019年9月份在据其工业广场约1公里外处新建一污水处理厂(供暖面积还需核实);
另外,在工业广场新建10000㎡的双职工楼,在后期还要建住宅楼与办公楼,共计30000㎡。
③洗浴热水用量:
共有职工2200人,设有三个澡堂,700个蓬头,洗浴热水共设有三个班,每班最大入浴人数600人,每班洗浴用水300m3/h。
④井筒入风量:
1号副斜井进风量1336m3/min,2号副斜井进风量1468m3/min,1号副平硐进风量4695m3/min,2号副平硐进风量4976m3/min,主斜井进风量835m3/min,风井场地进风井风量4238m3/min。
表2.1石圪台煤矿需热点统计
现有面积(㎡)
将新增面积(㎡)
工业供暖
82292
4698
办公供暖
36052
5397
生活供暖
44400
居民供暖
32208
22800
商业供暖
572
系统外供暖
29808
洗浴水
共有职工2200人,每班洗浴用水300m3/h
井口防冻
1号副斜井进风量1336m3/min,2号副斜井进风量1468m3/min,1号副平硐进风量4695m3/min,2号副平硐进风量4976m3/min,主斜井进风量835m3/min,风井场地进风井风量4238m3/min
2.1.2石圪台煤矿现有供热热源
在主工业广场,设有4台15吨燃煤锅炉,2019年投入使用,供井筒防冻、洗煤厂供热等;
设有2台20吨煤粉锅炉,2019年12月投入使用,供工业建筑供暖,办公、生活建筑供暖、洗浴。
春夏秋三季开1台20吨煤粉锅炉部分运行。
在风井场地,设有3台6吨热风炉,2019年投入使用,供给该场地进风井筒防冻。
表2.2石圪台煤矿锅炉统计
工业广场
4台15吨燃煤锅炉
井筒防冻、洗煤厂供热
2台20吨煤粉锅炉
工业建筑供暖,办公、生活建筑供暖、洗浴
风井场地
3台6吨热风炉
井筒防冻
2.2哈拉沟煤矿供热现状
2.2.1哈拉沟煤矿现有供热状况
供暖状况:
据统计,哈拉沟煤矿现有供暖面积为126121㎡。
其中,工业供暖78501㎡,办公供暖19025㎡,生活供暖15662㎡,住宅供暖2674㎡。
现有新建职工宿舍5400㎡。
于2019年计划新建1000㎡的活动中心和7000㎡的职工宿舍楼;
洗浴热水:
副井场地洗浴人数为1500人/天,主工业场地洗浴人数为200人/天。
即副井场地每班每天500人,主工业场地每班每天67人;
井筒防冻:
副井现有两平硐,1#风量为6780m³
/min,2#风量为7524m³
/min,主热风井1038m³
/min,主斜风井1469m³
/min;
表2.3哈拉沟煤矿需热点统计
73101.5
5400
19025
1000
15880
7000
2674
1#风量为6780m³
2.2.2哈拉沟煤矿现有热源状况
哈拉沟煤矿副井场地:
现有2台10吨煤粉锅炉,1台6吨锅炉,场地内现有建筑的供暖与副井井口加热,使用2台10吨锅炉提供;
1台6吨锅炉为矿区提供洗浴用水。
本矿副井场地锅炉05年投产,2台10吨锅炉大修为67-70万元,6吨锅炉小修为5-6万元;
哈拉沟煤矿主工业场地:
现有2台20吨煤粉锅炉,为洗煤厂的办公楼、食堂洗煤车间等工业厂房提供建筑供暖和该工业场区的洗浴热水;
根据现场调查,风井广场所需供热的建筑,面积不足300㎡;
表2.4哈拉沟煤矿锅炉统计
副井场地
2台10吨燃煤锅炉
场地内现有建筑的供暖与副井井口加热
1台6吨煤粉锅炉
矿区提供洗浴用水
办公楼、食堂、洗煤车间的建筑供暖、洗浴热水
2.3补连塔煤矿供热现状
2.3.1补连塔煤矿现有供热状况
据统计,补连塔煤矿现有供暖面积为24万㎡,空调面积约为17万㎡。
工业广场现有新建建筑为9000㎡,包括2个公寓和1个幼儿园,将于7月份投入使用;
污水处理厂正新建质检水站;
洗煤厂新增建筑面积12960㎡,包括办公室、主洗车间和食堂;
工业场地洗浴总人数为1654人/天,每班最大洗浴人数为700人;
该矿现有7个进风井,其中有5个平硐,呼和乌素竖井进风风量为10565m³
/min,输运平硐风量为8191m³
/min,2#主井进风1181m³
/min,原风井进风2583m³
/min,1#主井进风790m³
/min,副井进风696m³
/min,22#煤主斜井进风2470m³
表2.5补连塔煤矿需热点统计
新增面积(㎡)
119048
12960
20666
28488
68931
3762
7209
工业场地洗浴总人数为1654人/天,每班最大洗浴人数为700人
呼和乌素竖井进风风量为10565m³
/min,运输平硐风量为8191m³
2.3.2补连塔煤矿现有热源状况
补连塔煤矿现有5台20吨蒸汽锅炉,2019年投入使用,为洗煤厂、工业广场、生活区和污水处理厂提供建筑供暖、井口防冻加热和洗浴热水;
根据调查,补连塔煤矿两风井广场内职工总共不超过10人,没有足够的热源消耗;
表2.6补连塔煤矿锅炉统计
5台20吨蒸汽锅炉
洗煤厂、工业广场、生活区、污水处理厂供暖、井口防冻、洗浴热水;
2.4布尔台煤矿供热现状
2.4.1布尔台煤矿现有供热状况
据统计,布尔台煤矿现有供暖面积为294274㎡(包括布尔台矿、寸草二矿)。
并且在布尔台矿与寸草二矿都有正在修建的公寓楼;
中央空调夏季制冷,制冷面积4万㎡(包括4个公寓楼,2个办公室,1个食堂,1个仓库);
工业广场洗浴人数为1200人/天,即工业广场每班每天约400人;
布尔台煤矿现有四个进风井和两个回风井,输运平硐风量为7808m³
/min,主斜井风量为3362m³
/min,中部输运大巷风量7348m³
/min,中部主运大巷风量2127m³
/min,孙定霍洛回风井风量4700m³
/min,工业广场斜井回风风量8370m³
表2.7布尔台煤矿需热点统计
129414.2
26700
27007.2
31710.2
输运平硐风量为7808m³
/min
2.4.2布尔台煤矿现有热源状况
布尔台煤矿工业广场:
现有4台20吨锅炉,1台10吨锅炉,为布尔台矿提供生活供暖,工业供暖,井口巷道供暖,洗浴热水。
春夏秋三季耗煤量为600-700吨/月,冬季值班人数37-38人,夏季值班人数25-26人;
布尔台煤矿孙定霍洛回风井:
现有3台8吨热风炉,为布尔台煤矿提供井下热风,冬季每天耗煤15吨;
1台5吨锅炉为灌浆站提供热量;
表2.8布尔台煤矿锅炉统计
4台20吨燃煤锅炉
生活供暖,工业供暖,井口巷道供暖,洗浴热水
1台10吨燃煤锅炉
3台8吨热风炉
1台5吨常压锅炉
灌浆站提供热量
2.5寸草一煤矿供热现状
2.5.1寸草一煤矿现有供热状况
据统计,寸草一煤矿现有供暖面积为6万㎡(包括联建楼、公寓楼等)。
工业广场洗浴人数为700人/天,洗浴最大人数180人/班,工业广场每天有水量约为200m³
;
寸草一煤矿现有2个进风井和1个回风井,运输平硐风量为4310m³
/min,主斜井风量为2379m³
/min,煤矿总回风井风量6831m³
表2.9寸草一煤矿需热点统计
19741.4
10502.9
35034.5
工业广场洗浴人数为700人/天,每天有水量约为200m³
输运平硐风量为4310m³
2.5.2寸草一煤矿现有热源状况
供暖与洗浴:
1台4吨锅炉,2台6吨锅炉,为寸草一矿提供建筑供暖和洗浴热水,冬季耗煤量40吨/天,夏季7吨/天;
井口防冻:
现有2台5吨热风炉,为副平硐提供热风,耗煤量为5吨/天;
表2.10寸草一煤矿锅炉统计
1台4吨燃煤锅炉
洗浴热水
2台6吨燃煤锅炉
建筑采暖
2台5吨热风炉
2.6寸草二煤矿供热现状
2.6.1寸草二矿现有供热状况
据统计,寸草二矿现有供暖面积为2万㎡;
工业广场洗浴人数为1000人/天,即工业广场每班每天约330人;
寸草二矿现有一输运平硐进风量为4572m³
/min,主斜井进风量为1768m³
/min,主回风井回风量177m³
/s;
表2.11寸草二煤矿需热点统计
7406
7751
7577.25
输运平硐进风量为4572m³
2.6.2寸草二矿现有热源状况
寸草二矿工业广场:
现有4台20吨煤粉锅炉,为寸草二矿提供生活供暖,洗浴和生活热水。
每台耗煤量为1.2-1.3吨/小时;
运输平硐加热采用1610kW,风量40000m³
/h的热风设备;
表2.12寸草二煤矿锅炉统计
4台20吨煤粉锅炉
工业供暖、生活供暖、主井防冻、洗浴和生活热水
2台1610kW的热风设备
2.7万利煤矿供热现状
2.7.1万利煤矿现有供热状况
据统计,万利煤矿现有供暖面积生活区为12万㎡,工业广场8万㎡;
该煤矿的总人数为2000人,主工业场地洗浴人数为1000人/天,即最大人数每班每天350人;
生活区人数为1000人;
工业场地现有两平硐,1主井进风;
表2.13万利煤矿需热点统计
80000
120000
主工业场地洗浴人数为1000人/天,生活区人数为1000人
两平硐,1主井进风
2.7.2万利煤矿现有热源状况
万利煤矿建筑供暖:
工业广场现有2台4吨暖水炉,06年投产,为场地提供建筑供暖。
生活区2台15吨煤粉炉为生活区公寓建筑供暖;
万利煤矿洗浴热水:
工业场地1台6吨蒸汽锅炉,08年投产,为场地内提供建筑供暖和洗浴热水,春夏秋三季使用燃煤每月3万吨;
生活区将要安装1台4吨煤粉炉为生活区提供生活用水和洗浴用水;
万利煤矿井口防冻:
4台4吨热风炉,07年投产,为矿矿井平硐和主进风井供暖;
表2.14万利煤矿锅炉统计
2台4吨燃煤锅炉
建筑供暖
1台6吨燃煤锅炉
建筑供暖和洗浴供水
生活区
2台15吨煤粉炉
生活区公寓建筑供暖
生活用水和洗浴用水
4台4吨热风炉
2.8上湾煤矿供热现状
2.8.1上湾煤矿现有供热状况
据统计,上湾煤矿现有供暖面积为66万㎡。
于7月份将投入使用新的水处理厂;
上湾煤矿夏季使用分体式空调(包括办公楼、联建楼、公寓);
工业广场洗浴人数为1700-1800人/天,即工业广场每班每天600人;
工业广场现有一个平硐进风量为7215m³
/min,副井风量2215m³
/min,主井风量为1560m³
/min,南进风井11712m³
表2.15上湾煤矿需热点统计
328096
80903
22082
157032
24123
47165
工业广场洗浴人数为1700-1800人/天,即工业广场每班每天600人
平硐进风量为7215m³
2.8.2上湾煤矿现有热源状况
上湾煤矿工业场地:
该煤矿采用6台热风机为工业广场的进风井进行空气加热,每年总共热量为6.3亿兆瓦。
工业广场内新建一浴水换热站(4台换热器,于4、5月份投入使用)为煤矿提供洗浴热水;
上湾煤矿南风井广场:
现有3台7吨热风炉,为该风井广场的进风井进行加热;
根据现场调查,北风井广场没有进风井与面积较大的供热建筑;
表2.16上湾煤矿锅炉统计
6台蒸汽热风机(蒸汽)
4台换热器(4、5月投用)
提供洗浴热水
南风井场地
3台7吨热风炉
2.9保德煤矿供热现状
2.9.1保德煤矿现有供热状况
保德煤矿现有供暖面积为26万㎡。
在康景区现有新建联建楼与办公楼;
保德煤矿可以分为三个区域,孙井区职工人数为2019人,即每班669人,浴室分为来宾、干部、劳务工浴室;
枣林区为洗煤厂,每天耗水量为50m³
康井区现洗浴人数为每天100人,后期由于矿井搬迁人数每天可达800人;
枣林区南进风量为3000m³
/min,北进风量为5000m³
/min,输运平硐风量为10000m³
表2.17保德煤矿需热点统计
164042
38803
56317
14168
11420
28600
2.9.2保德煤矿现有热源状况
保德煤矿孙井区:
现有2台10吨热风炉,为输运平硐供热风,1台10吨锅炉和2台4吨锅炉,为该场地的建筑供暖和洗浴热水提供热量,夏季1台4吨锅炉供热水;
保德煤矿枣林区:
现有3台20吨煤粉锅炉,为洗煤厂的办公楼、食堂、主进风井、洗煤车间等工业厂房提供建筑供暖和该工业场区的洗浴热水,其中刘家堰现有1台2.5吨常压炉,装车站1台3吨锅炉进行采暖;
保德煤矿康井区:
该地区采用市政管网为建筑供暖,采用2台6吨热风炉为井口加热;
表2.18保德煤矿锅炉统计
孙井区
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