水源熱泵在金礦的應(yīng)用
一、概述
我國礦產(chǎn)資源豐富，礦山企業(yè)較多。在礦山的生產(chǎn)過程中，為了采掘作業(yè)的順利進(jìn)行，不可避免的要進(jìn)行多項(xiàng)安全保衛(wèi)措施，其中排除與隔絕地下水就是必須采取的措施之一，經(jīng)常有大量寶貴的地下水被白白排放。
為了充分利用寶貴的地下水資源，并給企業(yè)職工創(chuàng)造良好的生產(chǎn)和生活環(huán)境，焦家金礦領(lǐng)導(dǎo)針對該礦山大量的水資源未被充分利用的狀況，提出合理的開發(fā)利用礦井水的設(shè)想。因此采用這種挖潛改造、利廢利舊等方面的措施，可節(jié)約大量的資金，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
焦家金礦現(xiàn)在每日礦井排水量高達(dá)4000m3，且常年水溫恒定在21-22℃，蘊(yùn)含著豐富的低品位熱源。以往并未加以利用而白白排放。若利用現(xiàn)有的水源熱泵技術(shù)，可充分利用其能量，為礦山挖潛節(jié)能改造闖出一條新路。
二、水源熱泵技術(shù)簡介
水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源的低溫低位熱能，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。它具有高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，而且能實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用（制熱、制冷、供熱水）應(yīng)用范圍廣，在使用過程中能實(shí)現(xiàn)自動化，便于管理。
水源熱泵技術(shù)是目前日趨推廣的技術(shù)，它具有高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全的特點(diǎn)：
（1）利用1KW的能量可供60～100 平方米的面積取暖、制冷。
（2）能量輸入與輸出之比：供熱狀態(tài)約1:4.2,制冷狀態(tài)約1:5.8。
（3）初投資是溴化鋰機(jī)組和其他中央空調(diào)的2/3～4/5。
（4）使用過程中不釋放任何對環(huán)境有害的氣體,不破壞水資源。
（5）不存在任何爆炸、燃燒的安全隱患,使用方便,操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、適用面廣,既可用于中小區(qū)域供暖、制冷又可多機(jī)組組合用于建筑群體供暖、制冷。
水源熱泵技術(shù)雖然如此優(yōu)越，但也受環(huán)境條件的限制，即水源條件的限制。而該礦山井下排水量非常大（4000m3/d），蘊(yùn)含的豐富低品位能量，以往并未加以利用即白白的排放。若應(yīng)用水源熱泵方案可充分利用其能量，為礦山挖潛節(jié)能改造闖出一條新路。
三、工藝流程方案的確定
（一）已知條件：
1、一期需要空調(diào)的精煉廠的廠房面積約2000平方米，室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算溫度26～28℃。已有全新風(fēng)空調(diào)機(jī)箱，新風(fēng)量：40000 m3/h，新風(fēng)機(jī)箱要求冷量309KW。
2、井下水量：3000～4000m3/d，可保守估計(jì)： 3000m3/d，即為125m3/h。
3、井水水溫：21℃～22℃。水質(zhì)報(bào)告如下：CL-=5901.18mg/L,Ca2+=1515 mg/L,Mg2+=85.08 mg/L, Fe3+=1.12 mg/L,PH=7.1,總礦化度= 11694.5mg/L,懸浮物= 35.60 mg/L。
4、井下水處理站貯量：貯水池400m3/個(gè)，兩個(gè)；沉淀池50 m3/個(gè)，兩個(gè)。
（二）工藝流程方案的確定
根據(jù)現(xiàn)場具體情況，決定采用以下利用方案：由礦井水泵從蓄水池中抽水（20℃），輸送到除砂器，經(jīng)除砂后再進(jìn)入中間換熱器（鈦板板式）換熱后去選廠（26℃）再利用。中間循環(huán)水（23℃）進(jìn)入熱泵機(jī)組，吸熱后（30℃）回?fù)Q熱器重新?lián)Q熱降溫（23℃），再進(jìn)入熱泵機(jī)組，如此反復(fù)循環(huán)。熱泵機(jī)組空調(diào)側(cè)進(jìn)出口溫度為12/7℃。
夏季制冷，依精煉廠的具體情況，以礦井水為冷源，將熱量轉(zhuǎn)移到礦井水中。只需消耗少量的電能，與普通空調(diào)相比可節(jié)省電能達(dá)40%以上。該裝置只是把已經(jīng)存在的熱量進(jìn)行了轉(zhuǎn)移，因而既經(jīng)濟(jì)、又環(huán)保。
（三）主要工藝設(shè)備選型:
選用DZ-LC-160型2臺，單臺制冷量為167.5kw,輸入功率為45kw？照{(diào)循環(huán)水泵采用KQSG100-50-30兩臺（一用一備），Q=50m3/h，H=30mH2O，N=7.5kw；除砂器采用DZS-350/80一臺；SHN-4型電子除垢儀兩臺；利用自來水系統(tǒng)補(bǔ)水定壓；DN150快速除污器一臺;礦井水泵利用原有；中間換熱器采用鈦板換熱器一臺，中間循環(huán)泵采用KSGP100-40-18兩臺（一用一備），H=18m，N=4KW, Q=40m3/h。
（四）方案分析
1、 經(jīng)濟(jì)分析
熱泵機(jī)組制冷時(shí)，總輸入功率80KW。若電價(jià)按0.6元/度計(jì)算，空調(diào)時(shí)間110天，每天按12小時(shí)計(jì)算，則年空調(diào)費(fèi)用：0.7×0.6×80×110×12×0.8=3.55萬元。
熱泵機(jī)組本體投資：32萬元。
2、環(huán)保方面分析：
水資源屬于再生能源，采用水—水熱泵技術(shù)不僅可以避免污染，同時(shí)也使礦井排水中的寶貴能源得到充分利用。
3、其它
熱泵能實(shí)現(xiàn)很高的自動化水平，幾乎能達(dá)到無人安全運(yùn)行狀態(tài)，且維護(hù)、維修工作量很小。
4、結(jié)論
通過以上分析可知，該方案的總投資低，而且運(yùn)行費(fèi)用又省。并且熱泵的系統(tǒng)單一，管理與維修都比混合系統(tǒng)方便。
四、施工過程中采取的有益措施
1、針對該礦礦井水水質(zhì)較差，采用了鈦板換熱器，保障了整個(gè)工藝系統(tǒng)能夠安全、長期、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
2、系統(tǒng)中的主要設(shè)備是熱泵機(jī)組。該設(shè)備配有專用的電控柜。電控柜內(nèi)設(shè)有針對熱泵機(jī)組的多種起動和保護(hù)功能，其中包括自動根據(jù)水溫進(jìn)行壓縮機(jī)四級調(diào)節(jié)，以最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)來適應(yīng)不同的負(fù)荷狀況，超溫跳閘，過載斷電等。水循環(huán)系統(tǒng)中的其他設(shè)備均采用常規(guī)的接觸器加熱繼電器控制方式。所有水泵的起-停按鈕均裝在一面電控柜上，并可由機(jī)組統(tǒng)一自動起、停。整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)可通過機(jī)組面板上的觸摸屏進(jìn)行觀察和調(diào)整。
3、由于該工程為改建利舊工程，為了充分體現(xiàn)節(jié)約精神，空調(diào)機(jī)房利用原礦井水泵房的空閑空間而建，既節(jié)約了土建費(fèi)用，利用了原有礦井水泵，又為將來充分利用所有礦井水打下基礎(chǔ)。
4、空調(diào)機(jī)房與精煉廠房間距400m左右，礦上技術(shù)人員又發(fā)揮聰明才智，利用了途中200m左右的冬天供暖管道，進(jìn)一步降低了造價(jià)，節(jié)省了成本。
五、運(yùn)行結(jié)果分析
經(jīng)過半個(gè)多月的試運(yùn)行，精煉廠房內(nèi)的工作溫度由以往的30~40℃降低到28℃以下，大大改善了工作環(huán)境，提高了工作效率，緊密了干群關(guān)系，使廣大職工對礦領(lǐng)導(dǎo)交口稱贊。
而機(jī)組的輸入功率也在35KW左右，制冷量每臺可達(dá)200KW，其能量輸出與輸入比達(dá)5.8。大大節(jié)約了電能，達(dá)到了預(yù)期目的。
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