编号：SMT201405-002（V1）任城煤矿绿色（零排放）能源供卫生热水系统设计方案北京中矿博能节能科技有限公司2014年5月北京目录第一章总论 (2)1.1基本概况 (2)1.2任城监狱煤矿节能方案 (3)1.2.1任城监狱煤矿余热资源 (3)1.3节能方案设计依据 (4)1.4任城监狱煤矿气象参数 (4)1.5中矿博能煤矿节能技术 (5)1.5.1技术研发实力与优势 (5)1.5.2“直蒸式深焓取热乏风热泵”机组技术特点 (6)1.6政策背景 (10)1.6.1山东省锅炉排放标准 (10)1.6.2国家行动计划 (10)1.6.3国家政策支持 (11)第二章任城监狱煤矿生活热水系统方案 (12)2.1生活热水负荷计算 (12)2.2乏风热泵设计方案 (13)2.3太阳能热水系统方案 (14)第三章任城监狱煤矿生活热水供热负荷与供热能力分析 (16)第四章运行费用分析 (17)第五章唐阳煤矿生活热水投资费用分析 (18)5.1乏风机热泵投资费用 (18)5.2太阳能投资费用 (19)第六章唐阳煤矿绿色能源供洗浴生活热水方案结论 (20)第一章总论本方案采用乏风热泵+太阳能综合绿色能源供热系统全年制取生活热水，取代原来的燃煤锅炉制取生活热水，每天生活热水用量200t，乏风热泵制热量488KW，太阳能按春秋季晴好天气日制取50t生活热水设计。
本方案设计的指导思想是：既实现节能减排，又确保洗浴卫生热水供给系统安全可靠，全年系统运行费用低，系统投资合理。
根据上述原则：本方案采用SMEET直蒸式深焓取热乏风热泵(488 KW )+太阳能光热(>122KW)作为任城监狱煤矿洗浴卫生热水的主要热源设备，利用该矿回风部分余热，利用乏风热泵作为太阳能制热不足部分的补充。
项目总投资289万元，其中：热泵主机设备投资133万元，太阳能集热器投资约37万元，其他配套项目投资约119万元。
该系统制取生活热水年能耗费用43.6万元，年总运行费用45万元。
表1-1 乏风热泵+太阳能供热系统汇总表1.1基本概况任城煤矿位于山东省济宁市任城区，拥有井田面积54.4平方公里，地质储量1.9亿吨，可采储量6595万吨，矿井井筒深343米，含可采煤层4层，平均厚度6.09米，设计生产能力45万吨/年，核定能力为87万吨/年，服务年限5 0余年。
井田储量具有埋藏浅、煤质好、含硫低、发热量高等优点。
任城监狱煤矿目前的生活热水供热系统形式为燃煤蒸汽锅炉供热。
为响应节能环保的国家和地方政策，建设绿色（零排放）能源供热煤矿，拟建设以乏风余热为基本热源的热泵供热系统加太阳能系统，为矿区全年供应生活热水。
充分利用现有的末端及管网等现有条件，采用完全取消锅炉制取生活热水的分析方式进方案分析。
利用热泵和太阳能热水系统，可以解决煤矿供热系统燃煤污染问题，同时具有良好的经济效益和社会效益。
综合任城监狱煤矿现有条件，我公司提出《任城监狱煤矿绿色能源供热统方案》1.2任城监狱煤矿节能方案全面分析任城监狱煤矿余热资源和供热负荷，提出科学合理的供卫生热水方案。
按生活热水总负荷的525%（50t生活热水）配置太阳能集热器，太阳能制热不足部分由乏风热泵补充。
太阳能集热面积：750m2乏风热泵选取：2台SMEET-SZ-R-244/64MR1乏风取热室：乏风扩散塔下建乏风取热室，冬季时取部分矿井乏风取热，冬季温度在12-15℃之间，在室外温度高于矿井乏风温度时，切换取热室取风，取室外空气取热。
热水系统：蓄热水箱容积100m3。
太阳能和热泵制取生活热水，储存在蓄热水箱内，由储热水箱向外供生活热水，在原浴室泡池内设加热器，恒温。
1.2.1任城监狱煤矿余热资源任城监狱煤矿的余热资源有矿井乏风，矿井涌水，太阳能等，经初步分析本方案，采用矿井乏风余热资源，最大取热4191kW，可形成最大供热能力5652 kW。
基本情况如表1-2所示。
表1-2 任城监狱煤矿余热资源及可再生能源1.3节能方案设计依据《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（50736-2012）《锅炉房设计规范》(GB50041-2008)《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215-2005）《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）《煤炭洗选工程设计规范》（GB50359-2005）《煤炭工业供热通风与空气调节设计规范》（GB/T 50466-2008）《城镇供热管网设计规范》（CJJ34-2010）《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T 81-98）《山东省锅炉大气污染物排放标准》DB37/2374-20131.4任城监狱煤矿气象参数其主要气象参数如下：室外气象参数参照充州站参数站台名称：兖州54916台站位置：北纬30。
36，东经116 51年平均温度：13.6℃室外计算温、湿度（℃）冬季供暖：-5.5℃冬季通风：-1.3℃冬季空调：-7.6℃冬季空调相对湿度：66%夏季空气调节干球温度：34.1℃夏季空气调节室外计算湿球温度：27.1℃夏季通风计算温度：30.6℃夏季通风计算相对温度：65%夏季空气调节室外计算日平均温度：29.7℃设计计算供暖期天数及其平均温度日平均温度≤+5℃的天数：104天日平均温度≤+8℃的天数：137天极端最高温度：39.9℃极端最低温度：-19.3℃极端平均最低温度：-12℃1.5中矿博能煤矿节能技术1.5.1技术研发实力与优势中矿博能拥有雄厚的技术资源与优秀的技术研发人才队伍，不仅包括自身资深、专业、专注的热泵技术研发团队和国际研发团队，同时拥有北京大学、清华大学、北京工业大学、中国科学院、北京航空航天大学、北京理工大学、合肥通用机械研究院等广泛和友好的技术支持配合团队。
在中矿博能“技术委员会”的统一领导与协调下，各路团队共同组成了分工明确，方向相同、行动一致的和谐高效技术研发体系，形成真正意义上的“产、学、研”高水平技术研发的新模式。
表1-3 公司技术委员会成员与研发团队分工情况1.5.2“直蒸式深焓取热乏风热泵”机组技术特点1）国内外研究情况由于各国能源结构差异，虽然煤矿矿井回风余热资源丰富（流量大，温度稳定，含湿量大，焓值高），是热泵取热理想的低温热源，但国外有关“采用热泵技术利用煤矿回风余热的研究与应用案例”却藓有报道。
我国基础能源以煤炭为主，我国人口及其经济发展与资源环境矛盾日益突出，“节能减排”已成为我国社会经济发展的基本国策。
自本世纪初，我国开始积极探索“采用热泵技术利用煤矿回风余热的研究与应用”，其中中国矿业大学“采用淋水式取热+水源热泵”的矿井回风余热利用技术路线（称之为第一代“表焓取热技术”）与清华大学“采用直蒸式取热与分体热泵”的矿井回风余热利用技术路线（称之为第二代“浅焓取热技术”）具有一定的代表意义，而本公司力推“（第三代）直蒸深焓取热及大型分体热泵”与“高温及大温差供热”的矿井回风余热利用技术路线更具划时代意义。
图1 乏风取热箱2）我国煤矿原生态回风组份情况根据可查资料与现场调研情况，我国各地煤矿井下原生态回风组份具有许多共性特征，描述如表1-3表1-4矿井原生态回风组份煤矿原生态回风组份对金属换热器将产生较大影响。
煤矿通风安全要求对热泵取热设施有严格要求。
3）采用热泵技术利用煤矿原生态乏风余热必需解决的问题（1）对于循环淋水取热技术，必需解决的问题：A．回风低于12℃时无法取热or取热量很少问题；B．回风与淋水之间的热湿交换效率问题与补水损失过大问题；C．水体中煤石固体物质与腐蚀性物质循环堆积问题；D．问题C对热泵换热器的使用寿命与热泵机组可靠性影响问题；E．问题C对淋水换热器关键部件“喷嘴”的堵塞与腐蚀问题；F．淋水换热器对煤矿通风系统的影响问题。
（2）对于直蒸（不论浅焓深焓）取热技术，必需解决的问题：A．原生态回风中的煤石固体物质对乏风换热器金属表面冲刷问题；B．原生态回风中的腐蚀性物质对乏风换热器金属侵蚀问题；C．原生态回风中的油粘性物质及其附生菌类物质在乏风换热器表面粘聚与滋生问题；D．问题C引起的乏风换热器堵塞问题及其对煤矿通风系统的影响问题；E．问题A、B、C对乏风换热器换热效率与热泵可靠性影响问题；F．分体热泵热力系统回油配液与乏风换热器防霜防冻等系列问题。
4）本公司“深焓取热乏风热泵”机组技术特点公司凭借雄厚的技术资源与国内外资深专家学者组成的优秀团队，通过市场机制的深入高效合作，攻克了“深焓取热大型分体乏风热泵”技术的道道难关，获得系列发明与实用新型专利技术。
形成了公司“深焓取热大型分体乏风热泵”机组的独特技术优势：A．独特的模块化多功能乏风取热箱（专利产品），换热效率高，取热焓差大；同时具有耐冲刷抗腐蚀功能；B．采用特殊工艺制作的高科技超亲水翅片表层，大大降低了取热器表层积尘积粘性物质的特性；C．采用针对煤矿原生态乏风取热器表层积尘积粘性物质特性专门开发的清洗剂，由取热器前后压差控制，通过取热箱的自动清洗装置周期性清洗乏风取热器，可保持取热器长期如新；D．回风主风机切换时，可通过调节取热箱风阀以确保通过每个取热箱风量的均匀；E．模块化乏风取热箱设计，取热焓差可选，系列齐；F．乏风取热器箱式设计，安装方便，排水快速，维护简便；G．常闭型自动旁通风门设计，既解决煤矿事故反风运行时换热器阻力影响问题，也解决热泵供热系统不使用时回风主机功耗浪费问题；H．大型分体热泵热力系统采用“主动给液”与“油气分离”专利技术，彻底解决了热泵热力系统的配液与回油两大技术难题，既提升了热泵系统运行能效，又确保了热泵系统长期高效可靠运行；I．热泵供60℃，温差可达20℃，既可降低水泵功耗，又可与建筑传统供暖末端设备系统直接衔接，无需改造；J．针对煤矿风井对，本公司专门开发了“直蒸直热式热泵井口防冻供热系统”专利技术，该系统具有高效、可靠、可实现无人值守，完全可取代传统燃煤热风锅炉供热方式；该系统既可为煤矿实现节能减排，又能为煤矿实现减员增效。
1.6政策背景1.6.1山东省锅炉排放标准山东省环境保护厅和山东省质量技术监督局2013年5月发布《山东省锅炉大气污染物排放标准》DB37/2374-2013中规定，除煤粉发电锅炉和大于45.5MW（65t/h）的燃煤、燃油、燃气发电锅炉以外的各种容量和用途的燃煤、燃油和燃气锅炉的大气污染物排放管理，自2013年9月1日起现有锅炉按下表规定的排放浓度限值执行。
表1-5现有锅炉大气污染物排放浓度限值单位：mg/m3(烟气黑度除外)1.6.2国家行动计划2013年9月10日，国务院印发《大气污染防治行动计划》。
总体目标为：经过五年努力，全国空气质量总体改善，重污染天气较大幅度减少；京津冀、长三角、珠三角等区域空气质量明显好转。