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摘 要： 摘要 ：本文主要介紹了煤炭在能源發展中的重要作用，分析了煤炭行業供熱面臨的問題，并提出了礦井供熱改造中技術路線的選擇與需解決的問題。對各種適宜的技術進行了對比分析，指出了各技術路線的優缺點及發展方向，進一步探討了煤炭行業在暖通節能方面未來的研究方向與
摘要 ：本文主要介紹了煤炭在能源發展中的重要作用，分析了煤炭行業供熱面臨的問題，并提出了礦井供熱改造中技術路線的選擇與需解決的問題。對各種適宜的技術進行了對比分析，指出了各技術路線的優缺點及發展方向，進一步探討了煤炭行業在暖通節能方面未來的研究方向與思路。
關鍵詞 ：煤炭 ;節能 ;供熱 ;暖通空調
我國資源稟賦的特點是富煤、貧油、少氣，已探明的煤的儲量占世界煤炭儲量的 13.3%，可采量位居世界第二，產量位居世界第一位。煤炭作為重要的戰略資源，一直存在著很高的經濟價值。根據最新國家能源統計局數據顯示，目前我國證照齊全的礦井達到 3373 處，開工建設 1010 處，聯合運轉 203 處，年產能量累計達 40 億 t。
煤炭大多用于發電，其余部分由煤化工等技術路線進行轉化，服務于人們生活中的出行、工業、建筑供暖制冷照明等及其他方面。近年來，隨著綠色礦山、信息礦山、智能礦山等概念被提及和推廣，煤炭產業中礦井節能也成為重要的環節。能源消耗中的大戶是由供暖空調所引起的能耗，加之礦井洗浴用熱使得礦井鍋爐房供熱一年四季處于動態運行階段。由于相關環保及節能措施實施不合理，以及管理水平的問題，礦井供熱鍋爐能耗與污染與日俱增。因此，煤炭建設后續生產中節能工作的重要性不言而喻。
1 技術路線
國家能源 局關于印發《煤炭清潔 高 效 利用行 動 計劃(2015 ～ 2020 年)》的通知中要求 ：開發推廣工業鍋爐余熱、余能回收利用技術，實現余熱、余能高效回收及梯級利用。到 2020 年，淘汰落后燃煤鍋爐 60 萬 t，京津冀、長三角、珠三角等重點區域的燃煤鍋爐設施，基本完成天然氣、熱電聯供、潔凈優質煤炭產品等替代 ;現役低效、排放不達標鍋爐基本淘汰或升級改造，高效鍋爐達到 50% 以上。
另外，各地政府機構也有應對大氣污染的相應地方性政策性文件，要求限期拆除燃煤鍋爐供熱，推廣清潔能源利用。以陜西省產煤大戶榆林市為例，政府提出“全市不再新建 35t/h 以下的燃煤鍋爐， 65t/h 及以上燃煤鍋爐全部完成節能和超低排放改造，全面淘汰 10 t/h 及以下燃煤鍋爐。開展燃氣鍋爐低氮燃燒改造。2020 年底前，現有具備條件的燃氣鍋爐全部完成低氮燃燒改造，改造后氮氧化物排放不高于 80mg/m3 。城市建成區生物質鍋爐實施超低排放改造。”山西省城市建成區內基本淘汰 35 t/h 以下燃煤鍋爐，縣城建成區內淘汰 10 t/h 及以下燃煤鍋爐，積極推進行政區域內 35t/h 以下燃煤鍋爐淘汰工作。積極推進 35t/h 及以上燃煤鍋爐超低排放改造，達到燃煤電廠超低排放水平。”
圖 1 簡單展示了近年來國家政策法規的變化與要求，可以看出隨著國家政策的要求與限制，在礦區進行鍋爐房建設或者改造舊鍋爐，建設新鍋爐已經不符合要求，必須尋找新的節能減排技術方案。
為了尋找切實可行的方案，將目前適用于礦區的建設方案進行比較分析得出圖 2 所示，其中的技術路線具體實施都有一定的條件限制，如何科學合理地組織方案論證、設計與實施很有必要。為了說明各方案的技術路線需要的具體解決問題，本文嘗試將其條理化并分析得出圖 3 所示。
優先技術路線為余熱供熱，目前針對礦區生產過程中的礦井排風或礦井水進行空氣源與水源熱泵設計，熱泵高效運行及其自身無污染能耗低自動化程度高可以很好解決礦井實際需求。只要礦區具備水源則可以考慮水源熱泵集中建設。對于缺水礦區需要針對礦井排風進行排風熱回收或者排風換熱裝置換熱后，再建設水源熱泵機房。當熱源確定后就是選擇換熱器布置系統問題，系統的搭建進一步論證可行后即可實施。目前該技術路線在我國部分礦區已經開始實施，并取得一定成效。
技術路線 2 和技術路線 3 屬于傳統供熱范圍。技術路線 2 必須確保礦區周邊有配套天然氣穩定供應，這在我國大部分礦區不具備條件，另外其昂貴的天然氣費用令用戶望而卻步。技術路線 3 由于環保政策的原因，目前 35t/h 的燃煤鍋爐無法實施，大噸位建設費用高，往往一座鍋爐房建設成本 4000 萬元以上，而且其后期大噸位小負荷運行不僅不節能反而效率低下，配套脫硫脫硝的實施運行費用成本較高。
技術路線 4 的電廠集中供熱對于有資源可用時，該方案是可行方案。目前實施的困難主要是后期敷設供熱管網，如果不是礦區配套電廠，往往需要征地，該部分的社會與經濟影響不確定因素較多，需要各方努力協調。
技術路線 5 中所示的蓄熱電鍋爐供熱方案，適合于有較多電能可用，對于具備峰谷電價差的地區實施起來比較節能環保。但是其用電來直接供熱屬于高品質能源向低品質轉化，雖然轉化效率高，但是能源的浪費極大，是高能耗產品，高能耗的技術路線，因此該方案不節能。
技術路線 6 太陽能利用屬于成熟穩定的技術，主要是受到礦區地理環境的限制，往往供熱不穩定，且規模較小，通常作為備用熱源考慮。
技術路線 7 空壓機余熱也受到礦區空壓機房配置大小的影響，其利用率不高，供熱負荷有限，通常也作為備用熱源考慮。
2 解決的工程實際問題
對于優先使用的技術路線 1中，筆者嘗試在實際項目中使用了噴淋換熱技術回收礦井排風余熱供熱改造。項目中使用的噴淋換熱技術路線，通過科學的計算結合模擬與實際工程驗證，使得整體噴淋換熱器對通風系統的阻力附加值達到安全標準要求。系統采用的排風熱回收裝置沒有用任何電氣元件，就達到礦井通風系統的安全要求。通過計算結合實際項目驗證得知噴淋換熱效率達到 80% 左右，系統阻力附加值不超過 50Pa。布置的熱回收供熱系統通過合理的系統設計，整體系統運行能效達到 4.0 以上，且能夠安全高效運行。因此，解決了礦井排風熱回收由于安全問題帶來的無法實施的難題，同時也解決了礦井鍋爐停運無熱可用的難題，杜絕了傳統鍋爐供熱高污染高能耗問題。為礦井企業實行清潔供熱提供了科學依據，也為未來建設綠色智能礦山提供了一條供熱方向的技術路徑。
利用該噴淋換熱技術的項目在某公司下屬礦井進行了實際應用，通過 2019 年冬季某礦實施項目的實際運行檢驗，初步達到了很好的運行效果，對集團下屬近百座礦井提供了良好的示范作用，為礦井尋找清潔供熱改造方案提供了有力的科學支撐。
3 研究方向
目前設計的該取熱裝置體積過于龐大，施工與安裝帶來眾多不便，需要進一步優化取熱器尺寸。噴淋換熱效率實際測試運行效率在 80% 左右，因此換熱效率需要通過霧化噴嘴的設計，噴排設計、淋水密度優化需要進一步提高。該裝置在低溫嚴寒地區使用會使得結冰現象嚴重，甚至無法達到理想效果，在陜北地區出現了失敗案例，因此且不可盲目照搬套用。低溫排風礦井使用該技術需要進一步提高溶液換熱效率，解決低溫結冰現象，進一步降低附加阻力優化換熱器尺寸，對于低溫排風礦井及寒冷地區類似礦井推廣應用需要結合乙二醇等低冰點換熱溶液進行優化設計，進一步擴大其使用范圍。
上述技術主要利用排風熱回收技術解決地面用熱的問題，實際中部分礦井井底空氣溫度達到 30℃以上，影響礦井的安全生產與正常運行。因此，后續的研究方向還需要將井下制冷需求與地面用熱需求的矛盾進行結合深入研究。——論文作者：白延斌
參考文獻 [1] 崔海蛟 , 王海橋 , 陳世強 . 礦井擴散塔噴淋換熱裝置熱質傳遞模型及參數優化 [J]. 煤炭學報 ,2014,39(10):2047-2052.
相關期刊推薦：《節能與環保》(月刊)創刊于1983年，由中國資源綜合利用協會、中國節能協會和北京節能環保中心主辦。設有：政務動態、參考資訊、研究探討、節能減排案例、節能環保技術、節能環保論壇、行業交流等欄目。
