摘要 ：本文主要介绍了煤炭在能源发展中的重要作用，分析了煤炭行业供热面临的问题，并提出了矿井供热改造中技术路线的选择与需解决的问题。对各种适宜的技术进行了对比分析，指出了各技术路线的优缺点及发展方向，进一步探讨了煤炭行业在暖通节能方面未来的研究方向与思路。
关键词 ：煤炭 ;节能 ;供热 ;暖通空调
我国资源禀赋的特点是富煤、贫油、少气，已探明的煤的储量占世界煤炭储量的 13.3%，可采量位居世界第二，产量位居世界第一位。煤炭作为重要的战略资源，一直存在着很高的经济价值。根据最新国家能源统计局数据显示，目前我国证照齐全的矿井达到 3373 处，开工建设 1010 处，联合运转 203 处，年产能量累计达 40 亿 t。
煤炭大多用于发电，其余部分由煤化工等技术路线进行转化，服务于人们生活中的出行、工业、建筑供暖制冷照明等及其他方面。近年来，随着绿色矿山、信息矿山、智能矿山等概念被提及和推广，煤炭产业中矿井节能也成为重要的环节。能源消耗中的大户是由供暖空调所引起的能耗，加之矿井洗浴用热使得矿井锅炉房供热一年四季处于动态运行阶段。由于相关环保及节能措施实施不合理，以及管理水平的问题，矿井供热锅炉能耗与污染与日俱增。因此，煤炭建设后续生产中节能工作的重要性不言而喻。
1 技术路线
国家能源 局关于印发《煤炭清洁 高 效 利用行 动 计划(2015 ～ 2020 年)》的通知中要求 ：开发推广工业锅炉余热、余能回收利用技术，实现余热、余能高效回收及梯级利用。到 2020 年，淘汰落后燃煤锅炉 60 万 t，京津冀、长三角、珠三角等重点区域的燃煤锅炉设施，基本完成天然气、热电联供、洁净优质煤炭产品等替代 ;现役低效、排放不达标锅炉基本淘汰或升级改造，高效锅炉达到 50% 以上。
另外，各地政府机构也有应对大气污染的相应地方性政策性文件，要求限期拆除燃煤锅炉供热，推广清洁能源利用。以陕西省产煤大户榆林市为例，政府提出“全市不再新建 35t/h 以下的燃煤锅炉， 65t/h 及以上燃煤锅炉全部完成节能和超低排放改造，全面淘汰 10 t/h 及以下燃煤锅炉。开展燃气锅炉低氮燃烧改造。2020 年底前，现有具备条件的燃气锅炉全部完成低氮燃烧改造，改造后氮氧化物排放不高于 80mg/m3 。城市建成区生物质锅炉实施超低排放改造。”山西省城市建成区内基本淘汰 35 t/h 以下燃煤锅炉，县城建成区内淘汰 10 t/h 及以下燃煤锅炉，积极推进行政区域内 35t/h 以下燃煤锅炉淘汰工作。积极推进 35t/h 及以上燃煤锅炉超低排放改造，达到燃煤电厂超低排放水平。”
图 1 简单展示了近年来国家政策法规的变化与要求，可以看出随着国家政策的要求与限制，在矿区进行锅炉房建设或者改造旧锅炉，建设新锅炉已经不符合要求，必须寻找新的节能减排技术方案。
为了寻找切实可行的方案，将目前适用于矿区的建设方案进行比较分析得出图 2 所示，其中的技术路线具体实施都有一定的条件限制，如何科学合理地组织方案论证、设计与实施很有必要。为了说明各方案的技术路线需要的具体解决问题，本文尝试将其条理化并分析得出图 3 所示。
优先技术路线为余热供热，目前针对矿区生产过程中的矿井排风或矿井水进行空气源与水源热泵设计，热泵高效运行及其自身无污染能耗低自动化程度高可以很好解决矿井实际需求。只要矿区具备水源则可以考虑水源热泵集中建设。对于缺水矿区需要针对矿井排风进行排风热回收或者排风换热装置换热后，再建设水源热泵机房。当热源确定后就是选择换热器布置系统问题，系统的搭建进一步论证可行后即可实施。目前该技术路线在我国部分矿区已经开始实施，并取得一定成效。
技术路线 2 和技术路线 3 属于传统供热范围。技术路线 2 必须确保矿区周边有配套天然气稳定供应，这在我国大部分矿区不具备条件，另外其昂贵的天然气费用令用户望而却步。技术路线 3 由于环保政策的原因，目前 35t/h 的燃煤锅炉无法实施，大吨位建设费用高，往往一座锅炉房建设成本 4000 万元以上，而且其后期大吨位小负荷运行不仅不节能反而效率低下，配套脱硫脱硝的实施运行费用成本较高。
技术路线 4 的电厂集中供热对于有资源可用时，该方案是可行方案。目前实施的困难主要是后期敷设供热管网，如果不是矿区配套电厂，往往需要征地，该部分的社会与经济影响不确定因素较多，需要各方努力协调。
技术路线 5 中所示的蓄热电锅炉供热方案，适合于有较多电能可用，对于具备峰谷电价差的地区实施起来比较节能环保。但是其用电来直接供热属于高品质能源向低品质转化，虽然转化效率高，但是能源的浪费极大，是高能耗产品，高能耗的技术路线，因此该方案不节能。
技术路线 6 太阳能利用属于成熟稳定的技术，主要是受到矿区地理环境的限制，往往供热不稳定，且规模较小，通常作为备用热源考虑。
技术路线 7 空压机余热也受到矿区空压机房配置大小的影响，其利用率不高，供热负荷有限，通常也作为备用热源考虑。
2 解决的工程实际问题
对于优先使用的技术路线 1中，笔者尝试在实际项目中使用了喷淋换热技术回收矿井排风余热供热改造。项目中使用的喷淋换热技术路线，通过科学的计算结合模拟与实际工程验证，使得整体喷淋换热器对通风系统的阻力附加值达到安全标准要求。系统采用的排风热回收装置没有用任何电气元件，就达到矿井通风系统的安全要求。通过计算结合实际项目验证得知喷淋换热效率达到 80% 左右，系统阻力附加值不超过 50Pa。布置的热回收供热系统通过合理的系统设计，整体系统运行能效达到 4.0 以上，且能够安全高效运行。因此，解决了矿井排风热回收由于安全问题带来的无法实施的难题，同时也解决了矿井锅炉停运无热可用的难题，杜绝了传统锅炉供热高污染高能耗问题。为矿井企业实行清洁供热提供了科学依据，也为未来建设绿色智能矿山提供了一条供热方向的技术路径。
利用该喷淋换热技术的项目在某公司下属矿井进行了实际应用，通过 2019 年冬季某矿实施项目的实际运行检验，初步达到了很好的运行效果，对集团下属近百座矿井提供了良好的示范作用，为矿井寻找清洁供热改造方案提供了有力的科学支撑。
3 研究方向
目前设计的该取热装置体积过于庞大，施工与安装带来众多不便，需要进一步优化取热器尺寸。喷淋换热效率实际测试运行效率在 80% 左右，因此换热效率需要通过雾化喷嘴的设计，喷排设计、淋水密度优化需要进一步提高。该装置在低温严寒地区使用会使得结冰现象严重，甚至无法达到理想效果，在陕北地区出现了失败案例，因此且不可盲目照搬套用。低温排风矿井使用该技术需要进一步提高溶液换热效率，解决低温结冰现象，进一步降低附加阻力优化换热器尺寸，对于低温排风矿井及寒冷地区类似矿井推广应用需要结合乙二醇等低冰点换热溶液进行优化设计，进一步扩大其使用范围。
上述技术主要利用排风热回收技术解决地面用热的问题，实际中部分矿井井底空气温度达到 30℃以上，影响矿井的安全生产与正常运行。因此，后续的研究方向还需要将井下制冷需求与地面用热需求的矛盾进行结合深入研究。——论文作者：白延斌
参考文献 [1] 崔海蛟 , 王海桥 , 陈世强 . 矿井扩散塔喷淋换热装置热质传递模型及参数优化 [J]. 煤炭学报 ,2014,39(10):2047-2052.
相关期刊推荐：《节能与环保》(月刊)创刊于1983年，由中国资源综合利用协会、中国节能协会和北京节能环保中心主办。设有：政务动态、参考资讯、研究探讨、节能减排案例、节能环保技术、节能环保论坛、行业交流等栏目。
