侴喬力：新景煤礦直冷式乏風(fēng)水汽能熱泵

編者按：2018年8月9～10日，以“分布式能源新時(shí)代•變革創(chuàng )新融合”為主題的“2018（第十四屆）中國分布式能源國際論壇”在武漢召開(kāi)，本次會(huì )議由中國能源研究會(huì )分布式能源專(zhuān)業(yè)委員會(huì )、中國能源網(wǎng)研究中心共同主辦。會(huì )上，上?？旅瘷C械有限公司總工程師侴喬力發(fā)表了《新景煤礦直冷式乏風(fēng)水汽能熱泵》的主旨演講。

本文根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。 

侴喬力：今天我代表上?？旅瘷C械有限公司跟大家做匯報，我匯報的題目是“新景煤礦直冷式乏風(fēng)水汽能熱泵在煤礦里面的分布式供熱”。

煤礦乏風(fēng)是什么東西呢，煤礦進(jìn)風(fēng)被煤炭氧化而排風(fēng)缺乏氧氣，固稱(chēng)為乏風(fēng)。風(fēng)機停電10分鐘，即造成礦井缺氧和瓦斯集聚，因此泛能量常年穩定。乏風(fēng)穩定礦井散熱和散濕，使泛能溫度升高。關(guān)于乏風(fēng)的定義，風(fēng)穩高于18度，我們稱(chēng)為高溫乏風(fēng)。風(fēng)溫在12-18中間稱(chēng)為中溫乏風(fēng)，低于12度我們稱(chēng)為低溫乏風(fēng)。高焓乏風(fēng)焓值大于40，中焓乏風(fēng)在25-40，低焓乏風(fēng)焓值小于25。在煤礦里面分布式供熱最多的用處是井口防凍，甚至比工藝采暖更重要，幾百米的深井一旦凍上以后就會(huì )非常危險，礦井的進(jìn)風(fēng)承擔了電氣水的貢獻，所以北方煤炭在冬天的時(shí)候井口是不能凍的，而建筑采暖是次要的。北方煤礦冬天乏風(fēng)非常高，就地利用乏風(fēng)的水汽能作為熱源，熱泵作為手段，就可以實(shí)現分布式供熱，為井口乏風(fēng)提供供熱的能力。

我們現在介紹一下新技術(shù)，在煤礦采用直冷式三級取熱作為取熱的方式，取誰(shuí)的熱量呢，取乏風(fēng)水汽能，熱泵就實(shí)現了分布式供熱，這是我們今天要演講的題目。首先要介紹乏風(fēng)水汽能是什么，熱泵是怎么構成的，然后介紹分布式供熱是什么樣的狀況。

這是全景圖，煤礦的進(jìn)空間，就會(huì )吸收礦井的熱和水汽。我們在樣本工程里面，乏風(fēng)量每小時(shí)147，提取量是6.24MW，折合8.91噸，凝結水汽量4.26噸，因此熱泵真正的熱源來(lái)源于乏風(fēng)中的水汽。通過(guò)吸收煤礦的熱量和散濕，排出來(lái)的乏風(fēng)大量被廢棄。這就是我們的熱泵，冷凝側實(shí)現分布式供熱，主要的實(shí)現是井口加熱。我們形成了閉環(huán)，首先對井口進(jìn)行加熱，出來(lái)的時(shí)候又把熱量回收，因此在煤礦中用了能量閉環(huán)的過(guò)程。我們這個(gè)技術(shù)擁有系列的專(zhuān)利。

我們再來(lái)理解一下乏風(fēng)是怎么循環(huán)的，北方煤礦最嚴寒可能從負28度加熱，相對濕度50%，加熱到5度/20度，加到20度的時(shí)候相對濕度已經(jīng)是2-3%了，因此加熱以后的空氣有很大的稀釋能力，這樣的空氣一旦送入到礦井，就自然非常迅速可以吸收礦里面的濕氣，也可以吸收顯熱。排風(fēng)的時(shí)候接近飽和狀態(tài)，因此我們的技術(shù)是采用直冷式實(shí)現三級取熱。取誰(shuí)的熱呢？取乏風(fēng)的熱。取乏風(fēng)的什么熱呢？第一個(gè)是降溫熱，這個(gè)比例不是很大。然后是提取凝露的熱，從17度提取到15度，從0度到零下155度，我們會(huì )提取誰(shuí)的熱量呢，乏風(fēng)中的潛熱也進(jìn)行了提取，這就是凝冰潛熱。取熱后的出風(fēng)溫度可以達到零下15度，取熱溫降可達30度，取熱量最大的時(shí)候可以取50千焦的熱量。

我們利用礦井乏風(fēng)本來(lái)的壓力，礦井乏風(fēng)從井口出來(lái)的時(shí)候，我們建擴壓取熱室，這些方框都是取熱機，我們可以實(shí)現無(wú)動(dòng)力取熱。也就是說(shuō)煤礦排風(fēng)的風(fēng)機不動(dòng)，我們建立擴壓室，取熱量就不需要壓力，因此實(shí)現無(wú)動(dòng)力取熱。

乏風(fēng)水汽能取熱機組與乏風(fēng)熱泵的距離和高度不受限制，以前有人做熱泵，它的技術(shù)受到限制，我們用取熱機以后距離和高度不受限制。我們實(shí)現三級取熱意味著(zhù)有重大突破，也就是說(shuō)能夠取0～-15度的熱量。0度就要結霜了怎么取熱呢？滾動(dòng)熔霜。乏風(fēng)水汽能取熱機組并行、全時(shí)取熱大幅度提高，實(shí)現部分負荷熱泵能效。我們實(shí)現了乏風(fēng)水汽能取熱機組、空氣加熱機組、乏風(fēng)熱泵的模塊化設計、標準化制造與安裝，因此系統可靠性高、維護量少。

最后我們取的是高能效能，乏風(fēng)熱泵熱源側階梯取熱，降低熱泵的循環(huán)能差來(lái)大幅度提高熱泵的能效比。如果不用我們的系統應該是2.3%，采用梯級加熱可以達到3.0。關(guān)于樣本中運營(yíng)參數，口經(jīng)的乏風(fēng)量是408立方，進(jìn)口干球溫度12度，相對濕度85%，出口干球溫度4.5度，相對濕度95%。48臺乏風(fēng)水汽能取熱機組，水汽能占比98%。6臺乏風(fēng)水汽能熱泵，制熱量8.52MW，替代12T/H。我們用18臺井口空氣加熱組，供熱負荷8.5。這就是乏風(fēng)水汽能以后加熱井口送風(fēng)溫度區間，國家標準要求是2度以上，我們設計的時(shí)候是5度以上。這個(gè)項目運行的節能效果，每年節省運行費280萬(wàn)，而且作為EMC項目進(jìn)行分享，分享回收期僅為3年，3年投資已經(jīng)收回成本。

這是末端使用的效果，在我們項目里面供熱溫度過(guò)高了，我們在項目里獲得了溫度過(guò)高的結果。這是項目運行的對比效益，再下面是新景煤礦，投產(chǎn)以后業(yè)主非常興奮，業(yè)主反饋很好，既使是最低的6度，也遠高于2度的國家標準，完全取代原有燃煤鍋爐供熱系統，提高了能源利用率，每年節省70%的運行費用。

我們現在干的項目遠遠不止這個(gè)，去年干了14個(gè)這樣的項目，今年有12個(gè)。去年總共是50兆瓦，今年是91兆瓦。這是技術(shù)的樣板工程，煤炭直冷式乏風(fēng)水汽能熱泵分布式供熱，已經(jīng)在中國煤炭行業(yè)迅速產(chǎn)生影響，成功達到了45%的市場(chǎng)占有率，居于世界領(lǐng)先地位和國內壟斷地位?，F在我可以跟大家匯報一下，我們技術(shù)誕生以后其他的同類(lèi)技術(shù)就被淘汰了。目前，直通式的技術(shù)正在做，前年用直通式，去年和今年全部改到直冷式，這個(gè)技術(shù)在業(yè)內是后來(lái)者居上。

以上是我的匯報，謝謝各位。