主题词：煤炭矿井 绿色节能模块化供热 替代锅炉 研究
摘要：为保证矿井生产正常供热，自2017年3月开始华泰矿业就组织专业人员对矿井冬季需热量等进行分析计算，同时对电热锅炉和燃气锅炉进行了多方调研分析论证，集思广益，颠覆创新技术管理理念，加快新旧动能转换，在保证矿井安全生产的前提下，进行矿井绿色节能模块化供热研究与应用。
长期以来煤炭矿井职工洗浴用热、洗衣房公管工作服烘干以及冬季井口等生产场所采暖普遍应用燃煤锅炉。但随着国家生态文明建设和大气污染防治力度加强，各级政府加快推进落实《2013--2020年大气污染防治规划》和《关于加快推进电能替代工作的实施意见》要求，各地开始全面禁止使用10蒸吨／小时及以下燃煤锅炉，全部进行煤改气、煤改电或直接淘汰燃煤锅炉。
一、国内供热形式的研究
1．以天然气为燃料供热方式
（1）燃气锅炉供热
燃气锅炉供热，就是燃气锅炉直接燃烧天然气产生热量用于供热，是最简单的一种供热方式。这种供热方式包括中小型燃气锅炉供热和家用燃气壁挂炉供热。中小型燃气锅炉供热采用集中供热形式，通过热网向大面积的用户供热。
（2）燃气热泵供热
燃气热泵是由天然气作为动力驱动源（类此燃气汽车驱动原理），转化利用环境热量为用户供热的一种方式。燃气热泵供热量是燃气发热量与环境热量之和×效率，因此它的综合效率要高于燃气锅炉。转化利用热量的环境介质可以是周围空气、地表水、地下水，地热以及其它余热介质等。
2．地源/水源热泵供热方式
顾名思义，地源/水源热泵也就是像泵那样，可以把不能直接利用的低位热能( 如空气、土壤、地表水、地下水，地热以及工业废热等余热介质) 转换为可以利用的高位热能，收集其中的能量用来供热，从而达到节约高位能源( 如煤、燃气、油、电能等) 的目的。
3．电热供热方式
（1）电热锅炉供热
电热锅炉供热，就是直接用电能产生热量用于供热，是最简单的一种供热方式。由于电能属于高级能源，受制于价格成本高、输配电建设投资费用高、技术程度要求高等条件限制，目前电热锅炉通常为4蒸吨/时及以下的小型锅炉。电热锅炉供热通常也采用集中供热形式，通过热网管路向用户供热。电热锅炉供热系统运行工况稳定，自动化控制技术成熟，锅炉运行效率更高，环境污染更小。
（2）电热器/电热风机供热
电热器/电热风机供热，也是直接用电能产生热量的一种供热方式。与电热锅炉不同之处就是不用二次热量转化，直接为热用户供热。优点是：可以分散供热，根据用户用热情况，自由选择电热器/电热风机功率、台数和安装布设方式，实现供热设备小型化、模块化、灵活化，自动化控制技术成熟，运行工况稳定，不用二次能量转换，运行效率最高，环境污染更小。缺点是运行费用较高。
（3）电热地膜供热
电热地膜供热方式是以电热地膜为发热体，通电后产生远红外线，将热量以远红外线的形式辐射到空间供热。电热地膜产生的红外线首先加热地板或房间四壁，然后通过物体将热量传导给空间。因为采取辐射供热，所以室内温度比较均匀，人体感觉舒适。
4．几种供热方式综合评价
将燃气锅炉供热、地源/水源热泵供热、电热供热等几种供热方式的投资和运行费用等综合起来比较，确定出供热改造最优方案为水源热泵+电热供热。
（1）燃煤供热。优势：初始投资和运行成本较低；缺点：能源转换率低，耗能高，大气污染严重。
（2）燃气供热。天然气属于清洁燃料，环境污染远小于燃煤系统；缺点：运行费用高，经济性较差，操作安全性要求高。
（3）地源/水源热泵供热。优势：充分利用绿化清洁能源，无污染污染物排放，节能环保，运行费用低于燃气锅炉，可充分发挥再生能源在经济上的优势。
（4）电热供热。自动化控制技术成熟，运行效率高，环境污染最小。缺点：运行费用高，安全管理要求高。
二、水源热泵供热研究
1.水源热泵工作原理
水源热泵技术是利用热泵原理，输入少量的高位电能作为驱动源，将矿井水中所蕴含的低温低位热能向高位热能转移的一种技术。可以实现从矿井水中提取热量，供给矿井职工洗浴、洗衣房公管工作服烘干等生产场所供热。
2. 矿井水源热泵管理技术优势
（1）高效节能水源热泵的能效比很高，可以达到1：4～5，只需输入20%的电能则可获得100%的供热热量。
（2）节水省地不消耗其他水资源。把矿井水作为水源热泵的热源，向其吸收热量，省去了矿井锅炉供热等设施。与常规锅炉供热系统相比，机房面积大大减小。
（3）环境污染小，水源热泵是理想的绿色环保产品，在其运行过程中几乎不产生污染物，降低了煤矿的减排压力。
三、矿井新型供热模式替代锅炉实施与应用
（一）水源热泵用于职工澡堂洗浴实施与应用
1. 职工澡堂需热量分析确定
华泰矿业职工澡堂每天洗浴人数400人左右（男女在职职工），每天需洗浴热水150m3左右。
加热150m3井下水需热量：Q职工洗浴= c V（t1- t2）=4.184×150 m3×（43-15）℃=17572.8MJ（兆焦）
2.需要矿井水量分析确定
经计算得出，150m3井下水由15℃加热到43℃需要热量17572.8MJ MJ，水源热泵提取17572.8MJ热量需要井下水量600m3（15℃降低到8℃，），即加热1 m3洗浴水需要提供4m3井下水（1：4）。加上150 m3洗浴本身水量，总需用井下水量750 m3/天左右。
（二）洗衣房电热烘干机实施与应用
华泰矿业洗衣房每天洗烘公管工作服200余身，参考SWA801-30型电热烘干机技术规格参数，1台SWA801-30型电热烘干机就可满足洗衣房200件/天公管工作服烘干之用。
电热烘干机型号SWA801-30，最大容量（经脱水）30Kg，主电机功率1.1KW，风机功率 0.75 KW，电加热功率18 KW，外型尺寸1000*1150*1800mm，整机重量380kg，厂家扬州市申光洗涤机械有限公司生产。
运行费用：20KWh/小时×12小时×0.60元/ KWh×30天=4320元/月。
四、效果效益分析
（一）经济效益
经过华泰矿业几年的实际运行统计，矿井绿色节能模块化供热模式与燃气锅炉锅炉相比共为企业节约供热费用233.47万元，经济效益良好。
（二）社会效益
矿井绿色节能模块化供热模式替代锅炉后，矿井供热污染物排放量降为零，在保护矿区环境的同时，为企业绿色可持续发展奠定了良好的基础。更加强调一点就是：其在不增加成本的情况下就解决了社区退休职工及在岗职工的洗浴问题，保持了社区和谐稳定，社会效益良好。
参考文献：
[1] 贺平，孙刚. 供热工程 [M].4版.北京：中国建筑工业出版社，2009
[2] 李炎锋. 暖通自动化控制 [M].北京：北京工业大学出版社，2006
[3] 徐伟，刘志坚. 中国地源热泵技术发展与展望 [J]. 建筑科学，2013，10：26～33