高温矿井排水热能利用形式与技术经济分析

【摘 要】 矿井排水一直是作为煤层开采过程中的负面因素而存在，然而水量稳定、温度合适的矿井排水却是良好的热源，如果能够对这部分热能进行利用，既提供了新的热源利用形式，又能减少高温水的排放，在响应国家节能减排的号召的同时还能带来可观的经济价值，可谓一举两得。本文以河南省梁北地区某矿矿井排水为例，结合梁北煤矿现有的用热状况，提出了三种应用方案，并对其应用的可行性与技术经济性进行分析，最后与常规锅炉供热方式比较，来说明矿井排水应用的可行性、经济性与合理性。

【关键词】 矿井排水 利用 技术经济性分析

1 矿井排水热能利用与技术经济分析

本文以河南省梁北地区某煤矿为例，结合该矿矿井排水的条件和矿区现有的用热状况，提出3种利用形式。梁北煤矿现有矿井排水出水量稳定，为30000m3/d；矿井排水经过过滤、沉淀、净化处理之后，水温为38.9℃。初步估算，如果将这部分矿井排水水温降低到20℃之后再排放，理论上将能够提取29×103kW的热量，折合0.3MPa饱和蒸汽量约为53吨，基本能够满足梁北地区约30万m2建筑面积空间的采暖需求。

1.1 矿井排水利用形式介绍

矿井排水温度为38.9℃，无法直接作为传统的散热器或是风机盘管用热，但是可以直接用于低温热水地板辐射采暖。38.9℃的热水勉强能够用于洗浴，然而考虑到处理以及管路输送过程中的热量损耗导致的水温降低，所以该矿井排水直接用于洗浴水温偏低。比较于普通的低品位热源（通常15～20℃左右），矿井排水无疑蕴含的热能更高，若用于水源热泵机组则是很好的低温热源。通过水源热泵机组生产70～80℃的热水，解决矿井用热需求，无疑是一种很好的能源利用方式。同时由于低温热源水温较高，机组运行工况较好， COP值高，运行费用较常规制热方式节省。

1.2 应用可行性分析

结合梁北煤矿的用热现状，对其可行性进行分析。（1）低温辐射采暖以其热舒适性高主要应用在住宅、办公等场合，由于是依靠敷设在地板下的地盘管释放热量，所以建筑物内必须有足够的地板面积，用来敷设地盘管。梁北煤矿适用于低温敷设采暖的场合有：办公楼、职工住宅等。（2）作为节能环保型的采暖系统之一，水源热泵以其无污染、能效比高、运行费用低廉以及维护工作量小而受到推崇。利用梁北煤矿现有38.9℃的矿井排水作为低温热源，制备高温热水供用采暖和洗浴，也不失为一种合理的利用形式。虽然与低温敷设采暖的利用方式比较，该系统总体上投资较高（需要配备相应的主机设备），但是该系统可以利用原有建筑物内的末端设备（如：散热器、风机盘管等），因而可以在一定程度上降低初投资费用。（3）采用辅助加热方式，利用矿井排水供应职工洗浴，也是一种很好的利用形式。处理后的矿井排水温度稳定在38℃左右，基本上在正常洗浴用水温度范围内，辅助加热只是用来弥补输送环节的热损耗和保证水温的稳定。相对于常规生活热水制备方式，辅助加热消耗的能量很小，系统运行费用相当低廉。但是由于梁北矿区生活热水使用需求有限，目前消耗量仅为168m3/天，生活热水对矿井排水的使用需求还远远不能发挥出矿井排水的巨大潜力。

1.3 经济性分析

（1） 设备初投资及运行费用：结合梁北煤矿现有用热现状和矿井排水3种利用方式的适用性，梁北煤矿矿井排水规划利用具体情况如下（见表1）。

设备初投资只计入主要机房设备的费用，运行费用计算按照供暖季110天，平均电价0.56元/kWh计，各方案初投资及运行费用（见表2）。

（2）与传统供热方案比较：1）与常规燃煤锅炉供暖方式比较：以上方案在初投资方面均没有优势，其中低温辐射采暖要略高于燃煤锅炉，而水源热泵系统则高出燃煤锅炉较多；在运行费用方面，低温辐射采暖方案具有明显优势，约为燃煤锅炉供暖的1/4～1/5，而水源热泵系统运行费用要略高于燃煤锅炉。低温辐射采暖方案以其运行费用很低，初投资费用与常规燃煤锅炉基本相当，其经济性优势比较明显。综上水源热泵机组以其略高于燃煤锅炉的运行费用，带来非常明显的环保优势，在整体经济性比较上面，还是很有竞争力的。2）对比于常规燃煤锅炉供应方式：电辅助加热矿井排水直供的方式优势比较明显：投资费用小、运行费用省（约为前者的61%），同时还具有维护成本低、配套投资小、自控程度高、运行过程中无污染等优点，另外该方案每天消耗168m3的矿井排水，也能起到降低排放费用的作用。综上该方案替代原来燃煤锅炉系统，解决了生活热水用热需求，同时节省了运行费用和维护成本，并且对环境友好，不会带来污染，该方案优势明显，可行性高。

4 结语

水量稳定的高温矿井排水不失为一种很好的热源，其灵活多样的应用方式以及在经济效益、节能和环保等方面的综合优势，使得利用高温矿井排水替代传统热源方式成为可能。然而影响矿井排水热能利用效果的因素很多，除了水温，水质条件（排水的硬度、酸碱度和洁净度等）的影响也很大。在矿井排水丰富的矿区，如何采取合理的利用方式，依据现有矿井排水的水温、水质条件，并与矿区的原有用热形式较好的结合起来，充分发挥高温矿井排水的价值，是有待于我们设计工作者去研究和讨论的。