1、北京中煤博能節(jié)能技術(shù)有限公司任城煤礦綠色(零排放)能源供熱系統(tǒng)規(guī)劃編號：SMT-002(V1)任城煤礦綠色(零排放)能源衛(wèi)生熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計方案北京中國礦業(yè)節(jié)能技術(shù)有限公司2014年5月北京20內(nèi)容第一章總論21.1基本概述21.2任城監(jiān)獄煤礦節(jié)能方案31.2.1任城監(jiān)獄煤礦余熱資源31.3節(jié)能方案設(shè)計依據(jù)41.4任城監(jiān)獄煤礦氣象參數(shù)41.5中煤五礦博寧煤礦節(jié)能技術(shù)1 . 5 . 1 R&D的技術(shù)優(yōu)勢和優(yōu)勢51.5.2“直接蒸汽深焓吸排空氣熱泵”6號機(jī)組的技術(shù)特點1.6政策背景101.6.1山東省鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)10國家行動計劃101.6.3國家政策支持11第二章任城監(jiān)獄煤礦生活熱水系統(tǒng)規(guī)劃122

2、.1生活熱水負(fù)荷計算132.2通風(fēng)熱泵設(shè)計方案132.3太陽能熱水系統(tǒng)方案14第三章任城監(jiān)獄煤礦生活熱水供熱負(fù)荷及供熱能力分析16第四章營業(yè)費用分析17第五章唐陽煤礦生活熱水投資成本分析185.1排風(fēng)扇熱泵18的投資成本5.2太陽能投資費用19第六章唐陽煤礦綠色洗浴能源生活熱水方案結(jié)論20第一章概述該方案采用排風(fēng)熱泵太陽能集成綠色能源供熱系統(tǒng)全年生產(chǎn)生活熱水，取代原有燃煤鍋爐生產(chǎn)生活熱水。生活熱水日消耗量為200噸，排風(fēng)熱泵產(chǎn)生熱量488千瓦。太陽能的設(shè)計是根據(jù)春秋兩季的晴天每天生產(chǎn)50t的生活熱水。該方案設(shè)計的指導(dǎo)思想是：既要實現(xiàn)節(jié)能減排，又要保證洗浴衛(wèi)生熱水供應(yīng)系統(tǒng)的安全可靠，系統(tǒng)年運行成

3、本低，系統(tǒng)投資合理。根據(jù)上述原則，本方案采用SMEET直蒸深焓抽排風(fēng)熱泵(488 KW)太陽能光熱(122KW)作為任城監(jiān)獄煤礦洗浴衛(wèi)生熱水的主要熱源設(shè)備，并利用礦井回風(fēng)部分和排風(fēng)熱泵的余熱作為太陽能加熱不足部分的補充。項目總投資289萬元，其中熱泵主體設(shè)備133萬元，太陽能集熱器37萬元，其他配套項目119萬元。該系統(tǒng)生產(chǎn)生活熱水，年能耗43.6萬元，年總運行費用45萬元。表1-1帶通風(fēng)熱泵的太陽能供暖系統(tǒng)概述序列號項目排氣熱泵、空氣壓縮機(jī)、熱泵、太陽能1設(shè)備運行費用(萬元)43.62維護(hù)費用(萬元)1.53系統(tǒng)總運行費用(萬元)454系統(tǒng)總投資(萬元)2895系統(tǒng)總配電功率(千瓦)1706

4、1.1基本概述任城煤礦位于山東省濟(jì)寧市任城區(qū)。井田面積54.4平方公里，地質(zhì)儲量1.9億噸，可采儲量6595萬噸，礦井井深343米，其中可采煤層4層，平均厚度6.09米，設(shè)計生產(chǎn)能力45萬噸/年，核定能力87萬噸/年，使用壽命50年以上。井田儲量具有埋藏淺、煤質(zhì)好、含硫量低、熱值高的優(yōu)點。任城監(jiān)獄煤礦目前的生活熱水供暖系統(tǒng)是燃煤蒸汽鍋爐。為響應(yīng)國家和地方節(jié)能環(huán)保政策，擬建設(shè)綠色(零排放)能源供熱煤礦。建立熱泵供暖系統(tǒng)和基于廢氣余熱的太陽能系統(tǒng)，全年為礦區(qū)提供生活熱水。充分利用現(xiàn)有終端和管網(wǎng)等現(xiàn)有條件，采用完全取消鍋爐生產(chǎn)生活熱水的分析方法進(jìn)行方案分析。采用熱泵和太陽能熱水系統(tǒng)可以解決煤礦供熱系

5、統(tǒng)中的煤炭污染問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。考慮到任城監(jiān)獄煤礦的現(xiàn)有條件，我公司擬采用任城監(jiān)獄煤礦綠色能源供熱統(tǒng)方案1.太陽能和熱泵產(chǎn)生生活熱水，儲存在儲熱水箱中。儲熱水箱向外界供應(yīng)生活熱水。在原來的浴室泡沫池中安裝了加熱器，以保持溫度恒定。1.2.1任城監(jiān)獄煤礦余熱資源任城監(jiān)獄煤礦的余熱資源包括礦井通風(fēng)、礦井涌水、太陽能等。方案初步分析后，采用礦井通風(fēng)余熱資源，最大取熱量4191千瓦，可形成最大供熱能力5652千瓦?；厩闆r見表1-2。表1-2任城監(jiān)獄煤礦余熱資源及可再生能源序列號名字參數(shù)規(guī)劃方案1無風(fēng)交通溫度和濕度熱量提取能力熱泵供熱功率采用中能“直蒸深焓取熱”專利技術(shù)，取熱量大。n

6、m3/分鐘/%千瓦千瓦300012/8078610385太陽能在晴朗的天氣條件下，太陽能集熱器的運行成本幾乎為零，可用于生產(chǎn)家用熱水。1.3節(jié)能方案設(shè)計依據(jù)采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范 (GB50019-2003)民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范 (50736-2012)鍋爐房設(shè)計規(guī)范 (GB50041-2008)煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范 (GB50215-2005)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (GB13271-2001)煤炭洗選工程設(shè)計規(guī)范 (GB50359-2005)煤炭工業(yè)供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范 (GB/T 50466-2008)城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范 (CJJ34-2010)城鎮(zhèn)直埋供熱管道

7、工程技術(shù)規(guī)程 (CJJ/T 81-98)山東省鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) DB37/2374-20131.4任城監(jiān)獄煤礦氣象參數(shù)主要氣象參數(shù)如下：室外氣象參數(shù)指崇州站的參數(shù)平臺名稱：兗州54916車站位置：北緯30度，東經(jīng)116度51分年平均溫度：13.6室外計算溫度和濕度()冬季供暖：-5.5冬季通風(fēng)：-1.3冬季空調(diào)：-7.6冬季空調(diào)相對濕度：66%夏季空調(diào)干球溫度：34.1夏季空調(diào)室外計算濕球溫度：27.1夏季通風(fēng)計算溫度：30.6夏季通風(fēng)計算的相對溫度：65%夏季空調(diào)室外日平均計算溫度：29.7設(shè)計和計算采暖期天數(shù)和平均溫度日平均溫度 5的天數(shù)：104天日平均溫度 8的天數(shù)：137天極端最

8、高溫度：39.9極端最低溫度：-19.3極端平均最低溫度：-121.5中煤博寧煤礦節(jié)能技術(shù)1 . 5 . 1 R&D的技術(shù)優(yōu)勢和優(yōu)勢中化集團(tuán)擁有豐富的技術(shù)資源和優(yōu)秀的技術(shù)研發(fā)人員，不僅有自己的資深、專業(yè)、專注的熱泵技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊和國際研發(fā)團(tuán)隊，還有北京大學(xué)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、中國科學(xué)院、北京航空航天大學(xué)、北京理工大學(xué)、合肥通用機(jī)械研究所等廣泛友好的技術(shù)支持和合作團(tuán)隊。在中國石化“技術(shù)委員會”的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)下，各團(tuán)隊共同形成了分工明確、方向一致、行動一致的和諧高效的技術(shù)研發(fā)體系，形成了真正意義上的高水平技術(shù)研發(fā)“產(chǎn)學(xué)研”新模式。表1-3公司技術(shù)委員會成員與R&D團(tuán)隊的分工序列號R&D團(tuán)隊和

9、單位的名稱技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者團(tuán)隊數(shù)量勞動力的分工R&D技術(shù)指導(dǎo)部1北京博能節(jié)能科技有限公司。(技術(shù)系統(tǒng))謝嬌教授(總工程師)20主席主要從事各種熱泵產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和制造2清華大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備研究所史文星教授與李賢庭25副主席制冷系統(tǒng)的理論研究及相關(guān)技術(shù)發(fā)展3北京大學(xué)分子與化學(xué)工程學(xué)院黃建斌教授25副主席原生態(tài)涌水及缺風(fēng)成分分析、電化學(xué)原理理論研究、新材料研發(fā)4北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院張建斌教授20委員會成員制冷系統(tǒng)專用配件的研發(fā)5北京工業(yè)大學(xué)動力學(xué)院黃爇教授20委員會成員制冷系統(tǒng)專用配件的研發(fā)6北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與設(shè)備學(xué)院由于各國能源結(jié)構(gòu)的差異，雖然煤礦回風(fēng)余熱資源豐富(流量大、溫度穩(wěn)定、含濕量

10、大、焓高)，是熱泵供熱的理想低溫?zé)嵩?，但國外有“利用熱泵技術(shù)利用煤礦回風(fēng)余熱的研究和應(yīng)用案例”的報道。中國的基本能源主要是煤。中國人口與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源環(huán)境的矛盾日益突出。節(jié)能減排已經(jīng)成為中國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本國策。自本世紀(jì)初以來，我國開始積極探索“利用熱泵技術(shù)利用煤礦回風(fēng)余熱的研究與應(yīng)用”。其中，中國礦業(yè)大學(xué)利用煤礦回風(fēng)余熱的技術(shù)路線(稱為第一代“表面焓熱提取技術(shù)”)和清華大學(xué)利用煤礦回風(fēng)余熱的技術(shù)路線(稱為第二代“淺焓熱提取技術(shù)”)具有一定的代表性意義。但是，我公司推進(jìn)了“第三代”直接蒸汽深焓抽熱、大型分體式熱泵、“高溫大溫差供熱”的礦井回風(fēng)余熱利用技術(shù)路線，具有更加劃時代的意義。圖1排氣加

11、熱箱2)中國煤礦原始生態(tài)回風(fēng)成分根據(jù)現(xiàn)有資料和現(xiàn)場調(diào)查，我國各地煤礦原有的生態(tài)回風(fēng)成分有許多共同特征，如表1-3所示。表1-4礦井原始生態(tài)回風(fēng)成分項目公共組件地區(qū)差異主要成分是空氣。N2同相二氧化碳O2H2O氣體有一定量的懸浮固體物質(zhì)煤和石粉固體物質(zhì)單位流量存在差異油性和粘性懸浮固體物質(zhì)其他氣溶膠物質(zhì)寄生和附生真菌有一定量的氣體甲烷單位流量存在差異總裁微量有害氣體H2S單位流量存在差異氯化氫NH4氮氧化物煤礦原有的回風(fēng)成分會對金屬換熱器產(chǎn)生很大影響。煤礦通風(fēng)安全要求對熱泵供熱設(shè)施有嚴(yán)格要求。3)利用熱泵技術(shù)利用煤礦原有通風(fēng)余熱必須解決的問題。(1)循環(huán)水噴淋和熱提取技術(shù)必須解決的問題：A.當(dāng)回

12、風(fēng)溫度低于12時，熱量不能帶走或熱量很少；B.回風(fēng)和淋水之間的熱量和水分交換效率以及過多的補水損失；C.煤和石頭等固體和腐蝕性物質(zhì)在水中的循環(huán)和積聚；D.問題c:問題c對熱泵換熱器使用壽命和熱泵機(jī)組可靠性的影響；E.問題c:噴水熱交換器的關(guān)鍵部件“噴嘴”堵塞和腐蝕；F.淋水換熱器對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的影響。(2)直接蒸發(fā)(不考慮淺焓和深焓)熱提取技術(shù)必須解決的問題：A.原生生態(tài)回風(fēng)中煤、石固體物質(zhì)對排風(fēng)熱交換器金屬表面的沖刷：B.原始回風(fēng)中腐蝕性物質(zhì)對廢氣換熱器的金屬腐蝕：C.原生態(tài)回風(fēng)中的油粘物和真菌類物質(zhì)在排風(fēng)熱交換器表面附著繁殖的問題；D.問題c引起的排風(fēng)熱交換器堵塞及其對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的影響：

13、E.問題a、b、c影響廢氣換熱器的換熱效率和熱泵的可靠性；F.分體式熱泵熱力系統(tǒng)的回油、配液、排風(fēng)熱交換器的防凍等一系列問題。4)我公司“深焓吸排空氣熱泵”機(jī)組的技術(shù)特點公司擁有豐富的技術(shù)資源和由國內(nèi)外資深專家學(xué)者組成的優(yōu)秀團(tuán)隊，通過深入高效的市場機(jī)制合作，克服了“深焓抽熱大型分體式排氣熱泵”的技術(shù)難題，獲得了一系列專利發(fā)明和實用新型。的獨特技術(shù)優(yōu)勢D.當(dāng)主回風(fēng)風(fēng)機(jī)切換時，可以調(diào)節(jié)抽熱箱的氣閥，保證每個抽熱箱內(nèi)氣流均勻；E.焓差可選的均勻系列排風(fēng)加熱箱的模塊化設(shè)計：F.排氣集熱器為箱式設(shè)計，安裝方便，排水快捷，易于維護(hù)；G.常閉自動旁路通風(fēng)門的設(shè)計不僅解決了煤礦事故反風(fēng)運行時換熱器阻力影響的問

14、題，而且解決了熱泵供暖系統(tǒng)不使用時回風(fēng)主機(jī)功耗浪費的問題；h大型分體式熱泵熱力系統(tǒng)采用“主動供液”和“油氣分離”專利技術(shù)，徹底解決了熱泵熱力系統(tǒng)的配液和回油兩大技術(shù)難題，不僅提高了熱泵系統(tǒng)的運行能效，而且保證了熱泵系統(tǒng)的長期高效可靠運行；一是熱泵供暖溫度可達(dá)60，溫差可達(dá)20，不僅可以降低水泵的功耗，而且可以不經(jīng)改造直接與建筑傳統(tǒng)供暖終端設(shè)備系統(tǒng)連接；j針對該對煤礦風(fēng)井，公司專門開發(fā)了“直接蒸汽直接熱泵井口防凍加熱系統(tǒng)”專利技術(shù)。該系統(tǒng)高效、可靠、無人值守，可以完全替代傳統(tǒng)的燃煤熱風(fēng)鍋爐供熱方式。該系統(tǒng)不僅可以為煤礦節(jié)能減排，還可以為煤礦減少人員，提高效率。1.6政策背景1.6.1山東省鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)2013年5月，山東省環(huán)境保護(hù)廳和山東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布0103001DB37/2374-2013，規(guī)定除煤粉發(fā)電鍋爐和45.5兆瓦(65t/h)以上的燃煤、燃油和燃?xì)獍l(fā)電鍋爐外，從2013年9月1日起，按照規(guī)定的排放濃度限值實施各種容量和用途的燃煤、燃油和燃?xì)忮仩t的空氣污染物排放管理表1-5現(xiàn)有鍋爐大氣污染物排放濃度限值單位：毫克/立方米(不包括煙氣黑度)污染物項目煤鍋爐燃油鍋爐煤氣鍋爐監(jiān)控位置煙503010