CN202158688U - 工矿企业利用矿井涌水废热供暖制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工矿企业利用矿井涌水废热供暖制冷系统，涉及煤炭系统余热废热资源利用领域，包含有井口防冻水源热泵机组（5）、职工洗浴水源热泵机组（6）、工业广场供暖制冷水源热泵机组（7）、矿井水循环泵（2）、一次水循环泵（4）、三个二次水循环泵、洗浴水加热循环泵（13）、两个板式换热器和分集水器（17）。本实用新型采用水源热泵技术，综合利用矿井水处理厂的中水废热，用于职工洗浴、冬季工业广场供暖、井口防冻和夏季办公楼、公寓楼制冷，彻底替代燃煤锅炉系统，水源热泵系统只提取矿井水和生活污水处理后的中水的热量，不消耗额外的水资源具有节能效果显著、经济效益明显、环境效益突出等优点。

Description

工矿企业利用矿井涌水废热供暖制冷系统

技术领域

本实用新型涉及煤炭系统余热废热资源利用领域，具体地说是一种工矿企业利用矿井涌水废热供暖制冷系统。 

背景技术

近年来，随着工业化、城镇化进程加快，我国能源消费增长速度明显快于经济增长速度，经济发展面临的能源约束矛盾日益突出，主要矿产资源人均占有量不足世界平均水平的一半，能源利用率只有约32%，比国外先进水平低10多个百分点。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出“十一五”期末单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20%左右，主要污染物排放总量减少10％的约束性指标。今年“两会”期间，国家领导人和专家再次强调了大力扶持节能型电采暖新技术、推进热泵、蓄能等新技术、新产品的开发、研制和应用，并对一些已投产、正在运行的节能产品进行了充分的肯定。 

节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。能源短缺和环境污染已成为全球性的两大危机，严重威胁着人类的生存与发展。可以预见，中国经济社会发展在未来很长一段时间内都会将节能降耗促进经济结构调整和经济增长方式转变摆在更加突出的战略位置。工业“三余”（ 余热余汽余温）资源利用率的高低，是衡量一个地区经济发展水平和现代化程度的重要标志之一；地热能也是国家和世界大力提倡的重点开发项目，综合规划利用地热能有利于推进“十一五节能减排”政策的顺利实施。多年来，在国家政策的引导下，利用“三余”和地热能的技术有了很大的发展，利用途径不断扩大，技改项目在逐年增加。 

煤炭企业是能源消耗大户，现有煤炭企业基本采用燃煤锅炉系统为矿井采暖供热、井口防冻和职工洗浴等提供热源，该燃煤锅炉系统存在以下主要问题： ⑴ 运行费用高；⑵ 污染环境严重；⑶ 燃煤锅炉系统每年维修保养费用很高，系统维护复杂。而办公楼、公寓楼制冷系统现均采用一套单制冷空气源热泵系统，与水源热泵系统相比，空气源热泵系统能效比低，运行费用高，维护费用大。因此，煤炭系统实施节能改造及余热废热资源利用工程刻不容缓。 

水源热泵技术是当今世界最流行的节能技术，只需输入少量的高品位电能，采用热泵的“泵升”原理，就可将矿井水或地下水中的低品位热能资源转换成可以应用的高品位热能。水源热泵机组制热能效比高达4.5以上，只消耗少量的电能，就可产生高达4.5倍以上的热能，且低能耗无污染。采用水源热泵系统取代燃煤锅炉系统，必将大大降低企业运行成本。 

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本实用新型提供一种工矿企业利用矿井涌水废热供暖制冷系统，完全取代燃煤锅炉系统，改变煤炭系统的用能结构，充分利用矿井涌水废热和地热，变废为宝，降低运行成本，减少环境污染。 

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下： 

一种工矿企业利用矿井涌水废热供暖制冷系统，包含有井口防冻水源热泵机组、职工洗浴水源人泵机组、工业广场供暖制冷水源热泵机组、矿井水循环泵、一次水循环泵、三个二次水循环泵、洗浴水加热循环泵、两个板式换热器和分集水器，矿井水池与矿井水循环泵、板式换热器Ⅰ、一次水循环泵顺次连接，井口防冻水源热泵机组、职工洗浴水源热泵机组和工业广场供暖制冷水源热泵机组分别与一次水循环泵连接，井口防冻水源热泵机组与二次水循环泵Ⅰ、井口防冻加热器、井口新风机组顺次连接，职工洗浴水源热泵机组与二次水循环泵Ⅱ、板式换热器Ⅱ、洗浴水加热循环泵及洗浴热水箱顺次连接，工业广场供暖制冷水源热泵机组与二次水循环泵Ⅲ、分集水器及工业广场建筑物空调装置顺次连接。

工业广场供暖制冷水源热泵机组内部自带余热回收器，所述余热回收器与二次水循环泵Ⅱ连接。 

本实用新型中所述的工业广场，意指工矿企业所在的煤矿井区在煤炭开采过程中形成的地面工作区域,是地下资源输出与地面资源输入的交换界面及煤炭后期处理的场所,集中了煤矿井区生产、仓储、办公、居住等相关功能。     

本实用新型采用水源热泵技术，综合利用矿井水处理厂的中水废热，用于职工洗浴、冬季工业广场供暖、井口防冻和夏季办公楼、公寓楼制冷，彻底替代燃煤锅炉系统，水源热泵系统只提取矿井水和生活污水处理后的中水的热量，不消耗额外的水资源。

综上所述，本实用新型具有节能效果显著、经济效益明显、环境效益突出等优点，系统安全可靠，操作简单，运行稳定，自动化强度高，可实现无人值守，有效地改变煤炭系统的用能结构，推进煤炭企业节能减排、发展循环经济，促进可持续发展。 

附图说明

附图为本实用新型的结构示意图。 

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述：

如附图所示，系统包含有井口防冻水源热泵机组5、职工洗浴水源热泵机组6、工业广场供暖制冷水源热泵机组7、矿井水循环泵2、一次水循环泵4、三个二次水循环泵、洗浴水加热循环泵13、两个板式换热器和分集水器16，矿井水池1与矿井水循环泵2、板式换热器Ⅰ3、一次水循环泵4顺次连接，井口防冻水源热泵机组5、职工洗浴水源热泵机组6和工业广场供暖制冷水源热泵机组7分别与一次水循环泵4连接，井口防冻水源热泵机组5与二次水循环泵Ⅰ8、井口防冻加热器9、井口新风机组10顺次连接，职工洗浴水源热泵机组6与二次水循环泵Ⅱ11、板式换热器Ⅱ12、洗浴水加热循环泵13及洗浴热水箱14顺次连接，工业广场供暖制冷水源热泵机组7与二次水循环泵Ⅲ15、分集水器16及工业广场建筑物空调装置17顺次连接。

工业广场供暖制冷水源热泵机组7内部自带热回收器18，所述热回收器18与二次水循环泵Ⅱ11连接。 

矿井涌水由井下通过水泵进入地面矿井水处理水池1，矿井水循环泵2将矿井水送入板式换热器Ⅰ3，与一次水进行热交换，一次水通过一次水循环泵4分别进入井口防冻水源热泵机组5、职工洗浴水源热泵机组6和工业广场供暖制冷水源热泵机组7。 

井口防冻水源热泵机组5提取矿井涌水的热量后将热量传递给二次循环水，二次循环水通过二次水循环泵Ⅰ8将热量传递给井口防冻加热器9，将进入井口新风机组10的冷风加热以满足冬季井口防冻的需要。 

职工洗浴水源热泵机组6提取矿井涌水的热量后将热量传递给二次循环水，二次循环水通过二次水循环泵Ⅱ11传递给板式换热器Ⅱ12加热洗浴用水，加热后的洗浴用水通过洗浴水加热循环泵13作为动力，加热后储存到洗浴热水箱14内，送入各个浴室满足职工洗浴的需要。 

工业广场供暖制冷水源热泵机组7提取矿井涌水的热量后将热量传递给二次循环水，二次循环水通过二次水循环泵Ⅲ15、集水器16分配后向工业广场建筑物空调装置17，利用水源热泵特有的既能供暖又可制冷的功能，即冬季供暖的时候，工业广场建筑物空调装置17是依靠水源热泵内部的冷凝器在工作，向办公楼或职工公寓供暖，夏季制冷的时候，工业广场建筑物空调装置17是依靠水源热泵内部的蒸发器在工作，可向办公楼和职工公寓楼制冷，实现一机多用，以达到不同季节供暖或者制冷的需要。而且在夏季的时候，职工洗浴水源热泵机组6如检修，可启动工业广场供暖制冷水源热泵机组7，通过机组自带的热回收器18，将职工洗浴水源热泵机组6的二次循环水加热，以满足职工洗浴的需要。 

为描述方便起见，将整个系统分为三个分系统，分别为井口防冻系统、职工洗浴系统和工业广场建筑供暖制冷系统。所述井口防冻系统包括井口防冻水源热泵机组5、二次水循环泵Ⅰ8、井口防冻加热器9、井口新风机组10；职工洗浴系统包括职工洗浴水源热泵机组6、二次水循环泵Ⅱ11、板式换热器Ⅱ12、洗浴水加热循环泵13及洗浴热水箱14；工业广场建筑物供暖制冷系统包括工业广场供暖制冷水源热泵机组7、二次水循环泵Ⅲ15、分集水器16及工业广场建筑物空调装置17。 

实施例1：井口防冻、职工洗浴、工业广场建筑供暖制冷三个系统各自独立，其中井口防冻、职工洗浴两系统各有50％机组备用容量；工业广场建筑供暖制冷系统无备用机组，但可以用井口防冻系统及职工洗浴系统的备用容量为工业广场建筑供暖制冷系统提供备用。选用一套水处理及补水系统分别为三个系统补水。 

根据这一思路，井口防冻系统选用三台SRSW-250-2型（标准工况制热量为947.5kW）水源热泵机组，两用一备；职工洗浴选用三台SRSW-ZGW-100M-1型（标准工况制热量为327.4kW）水源热泵机组，两用一备；工业广场采暖选用两台SRSW-ZGW-400M-4型（标准工况制热量为1309.5kW）水源热泵机组。总制热量为6443.7 kW。 

本实施例中，井口防冻系统和职工洗浴系统各有50%的备用余量，工业广场建筑供暖制冷系统为独立运行系统无备用，系统可靠性最高；但投资费用高，运行费用略高。 

实施例2:井口防冻系统与职工洗浴系统各为独立运行系统，但共同备用一台水源热泵机组，职工洗浴系统备用容量为100%，井口防冻系统备用容量为40％；工业广场建筑供暖制冷系统为独立系统，无备用机组。 

根据这一思路，职工洗浴系统配置一台SRSW- 200-2型（标准工况制热量为769.5kW）水源热泵机组；井口防冻系统配置两台SRSW-250-2型（标准工况制热量为947.5kW）水源热泵机组；当职工洗浴系统或井口防冻系统热泵出现故障时，由备用机组为其补充热源，此种备用方式为应急使用；工业广场建筑供暖制冷系统选用两台SRSW-ZGW-400M-4型（标准工况制热量为1309.5kW）水源热泵机组，其中一台夏季供公寓楼和矿办公楼空调制冷，并与职工洗浴系统互为备用。总制热量为6053kW。 

本实施例中，井口防冻系统和职工洗浴系统共用一套备用机组，井口防冻系统有40%的备用余量，职工洗浴系统有100%的备用余量，工业广场建筑供暖制冷系统为独立运行系统无备用，系统可靠性较高；但投资费用高，运行费用略高。 

实施例3:井口防冻系统采用两台水源热泵机组，职工洗浴系统采用一台全热回收水源热泵机组，工业广场建筑供暖制冷系统采用两大一小三台水源热泵机组。其中工业广场建筑供暖制冷系统小机组分别与井口防冻系统和职工洗浴系统形成单向备用，即井口防冻系统或职工洗浴系统一旦出现故障时，工业广场建筑供暖制冷系统的小热泵机组通过备用管道向井口防冻系统或职工洗浴系统供热。此种备用方式为应急备用方式，待故障排除后应立即恢复原运行方式。 

在夏季时，职工洗浴系统在提供职工洗浴热水的同时，免费提供冷源供矿办公楼和公寓楼空调制冷。这样夏季矿办公楼和公寓楼空调制冷时，只开启工业广场建筑供暖制冷系统小机组即可满足空调制冷的要求，工业广场建筑供暖制冷系统大机组为备用机组。此系统设计在夏季空调制冷时，能节省50%的运行费用。 

根据这一思路，井口防冻系统选用两台SRSW-250-2型（标准工况制热量为947.5kW）水源热泵机组；职工洗浴系统选用一台SRSW- QH 200-2型（标准工况制热量为769.5Kw,回收热量为718.2 Kw）水源热泵机组；工业广场建筑供暖制冷系统选用两台SRSW-ZGW-300M-2型（标准工况制热量为950.9kW）和一台SRSW-ZGW-200M-2型（标准工况制热量为654.8kW）水源热泵机组，完全能满足工业广场建筑供暖要求。另外工业广场建筑供暖制冷系统的SRSW-ZGW-200M-2水源热泵机组与职工洗浴系统可形成100%备用，与井口防冻系统形成40%备用，以保证职工洗浴系统和井口防冻系统在出现故障时临时备用。 

夏季时, SRSW- QH200M-2全热回收机组提供职工洗浴热水同时，免费为矿办公楼和公寓楼提供冷源。这样只开SRSW-ZGW-200M-2一台小机组，即可满足矿办公楼和公寓楼空调制冷要求。此系统设计在夏季空调制冷时，能节省50%的运行费用。 

在本实施例中，工业广场建筑供暖制冷系统设计两大一小三台水源热泵机组，井口防冻系统设计两台水源热泵机组，职工洗浴系统设计一台水源热泵机组。在正常情况下，三系统都独立运行，只有在井口防冻系统或职工洗浴系统出现故障时，工业广场建筑供暖制冷系统小热泵机组临时为井口防冻系统或职工洗浴系统做备用，待系统修复后，恢复工业广场建筑供暖功能。小机组为井口防冻系统有40%的备用余量，职工洗浴系统有100%的备用余量。工业广场建筑供暖制冷系统的可靠性较方案一和方案二差些，但也完全能满足矿区供暖、制冷要求，并且能稳定运行。但投资费用最低，运行费用最低。 

综上所述，本实用新型集先进的制热、制冷技术和智能自控技术于一体，完全取代燃煤锅炉系统，真正实现了节能减排，大大改善了矿区环境，经济效益和社会效益明显。 

Claims (2)

1.一种工矿企业利用矿井涌水废热供暖制冷系统，其特征在于，包含有井口防冻水源热泵机组（5）、职工洗浴水源热泵机组（6）、工业广场供暖制冷水源热泵机组（7）、矿井水循环泵（2）、一次水循环泵（4）、三个二次水循环泵、洗浴水加热循环泵（13）、两个板式换热器和分集水器（16），矿井水池（1）与矿井水循环泵（2）、板式换热器Ⅰ（3）、一次水循环泵（4）顺次连接，井口防冻水源热泵机组（5）、职工洗浴水源热泵机组（6）和工业广场供暖制冷水源热泵机组（7）分别与一次水循环泵（4）连接，井口防冻水源热泵机组（5）与二次水循环泵Ⅰ（8）、井口防冻加热器（9）、井口新风机组（10）顺次连接，职工洗浴水源热泵机组（6）与二次水循环泵Ⅱ（11）、板式换热器Ⅱ（12）、洗浴水加热循环泵（13）及洗浴热水箱（14）顺次连接，工业广场供暖制冷水源热泵机组（7）与二次水循环泵Ⅲ（15）、分集水器（16）及工业广场建筑物空调装置（17）顺次连接。

2.根据权利要求1所述的一种工矿企业利用矿井涌水废热供暖、制冷系统，其特征在于，工业广场供暖制冷水源热泵机组（7）内部自带余热回收器（18），所述余热回收器（18）与二次水循环泵Ⅱ（11）连接。

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