关于煤矿地热能利用的建议
一、必要性 进入21世纪，中国更加重视节约资源，发展循环经济，保护生态环境。以科学发展观统领经济社会发展全局，节能降耗和污染减排，加快建设资源节约型、环境友好型社会，坚持节约发展、清洁发展、安全发展，实现可持续发展已经成为今后经济发展的基本国策。
根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年（2006～2010年）规划纲要》，国家发展改革委和国家环保总局联合印发了《煤炭工业节能减排工作意见》，提出了煤炭企业节能减排的发展目标：到“十一五”末，煤炭企业单位生产总值能耗比2005年下降20%。目前，我国经济结构不合理，经济增长方式粗放，又处在工业化进程和消费结构升级加快的历史阶段，节约能源资源和保护生态环境形势十分严峻，完成节能降耗和污染减排的任务非常艰巨。煤炭行业作为能源消耗重点行业，节能减排工作势在必行。国家为鼓励节能，约束能源浪费行为，制定了一系列节能减排监督考核管理办法，突出加强了对超标准能耗的处罚和治理，节能减排已经成为企业生存与发展、产业升级与经济效益的关键问题。
地源热泵（Ground-Source Heat Pump，简称GSHP）是利用地球表面浅层地能资源（地下岩石、土壤、地下水或地表水）作为冷、热源进行能量转换的供热制冷空调系统。地表浅层地能资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的空调冷热源。使用表明：地源热泵比传统空调系统运行效率要高40 %～60 % ，可节省运行费用40 %～60 %。可以替代锅炉燃烧供热，没有排放物及废弃物，不需要堆放燃料和废物的场地，以及不用远距离输送热量，地源热泵成为真正的环保型空调。据统计，在家用供热装置中，地源热泵所占的比例，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%；在美国，2001年已安装40万台地源热泵；在加拿大地源热泵以每年20％的递增销量而处于各种热泵系统的首位。由于其节能和环保的双重效益，国际上将地源热泵列入21 世纪最有发展前途的50项新技术之一。
该地源热泵系统能否正常运行的关键在于是否有稳定的热源，这种情况下，着力推广矿井回风热能提取技术，以提供地源热泵稳定的热源，充分利用回风中的地热能将会取得良好的经济效益和社会效益，并符合国家的节能减排战略。
矿井回风换热与地源热泵技术的结合，所产生的新型的矿井回风热能利用技术，没有任何污染（可以取代燃烧锅炉带来的有害气体排放）、并且运行效率很高，因此是一项绿色环保、高效节能的实用新技术。矿井回风热能利用技术完全符合贯彻科学发展观和构建和谐社会的需要，对建设现代化新型矿山有重要意义。
二、可行性
1、矿井回风热能利用技术 回风热能利用技术目前已申报的国家专利为：矿井回风热回收利用的方法及装置（200610041512.8）、矿井回风热能提取装置（200720043354.X）。 目前该项技术在新汶矿业集团孙村煤矿获得成功应用，该技术的主要工艺流程为：被热泵机组提取热量后的10℃左右的冷水，进入喷淋室换热器，与回风进行充分的热交换，温度上升为20℃左右，落入出风口下面的积水槽，自流进入出风口一侧的100 m3地下积水池，再利用潜水泵泵至机房，经简单水处理后进入热泵机组提取热量，提取热量后的水再经入喷淋换热器与回风进行热交换循环使用。如附图所示。
本技术中的热泵机组不仅可以冬天用于供热，而且还可以夏天作为中央空调使用，一机两用。对于有井下人工制冷降温需求的矿井，在设计井下降温系统时，可以与热泵系统的设计综合考虑，优化系统能量转换方案，达到井下井上热能搬运（供热制冷）系统，技术最合理，总投资最少。
安徽省两淮地区矿井大多数为深井，地温高并且恒定，通风线路长，经调研两淮地区矿井回风温度常年保持在25～30℃之间，矿井回风携带大量热量，通过计算这部分热量用地源热泵技术进行回收利用完全可以满足矿井采暖、供热的需求。
2、两淮矿区回风热能可利用量估算
1．两淮矿区新建及改建矿井风量统计表序号 | 矿井名称 | 规模（Mt/a） | 前期回风量（m3/s） | 后期回风量（m3/s） |
1 | 孔李公司 | 1.10 | 153 | 183 |
2 | 顾北矿井 | 3.00 | 198 | 335 |
3 | 板集矿井 | 3.00 | 269 | 318 |
4 | 口孜东矿井 | 5.00 | 345 | 478 |
5 | 孙曈矿井 | 1.80 | 191 | 254 |
6 | 钱营孜矿井 | 1.80 | 165 | 259 |
7 | 界沟矿井 | 0.60 | 78 | 131 |
8 | 刘店矿井 | 1.50 | 146 | 216 |
9 | 张北矿井 | 3.00 | 180 | 359 |
10 | 张西矿井 | 3.00 | 283 | 349 |
11 | 朱集矿井 | 4.00 | 432 | 525 |
12 | 顾桥矿井 | 6.00 | 281+258 | 450+429 |
13 | 潘北矿井 | 4.00 | 224 | 423 |
14 | 望峰岗矿井 | 4.00 | 183+246 | 430+340 |
15 | 新庄孜矿井 | 3.60 | 318 | 438 |
16 | 刘庄矿井 | 8.00 | 218+208 | 306+325 |
17 | 潘一矿井 | 3.00 | 420 | 523 |
18 | 卧龙湖矿井 | 1.20 | 109 | 167 |
19 | 五沟矿井 | 0.60 | 136 | 153 |
20 | 青东矿井 | 1.80 | 188 | 242 |
| 合计 | 60 | 5229 | 7633 |
2、根据上表统计两淮地区矿井总产量为60 Mt/a，前期总回风量5229 m3/s，后期总回风量为7633 m3/s。按矿井回风温度平均23℃，相对湿度95%计，以目前技术提取能量后的回风温度可达到10℃，相对湿度100%。则可以利用的矿井回风能量前期为：Q=(h1-h2) ×pv=(65.94-29.28) ×5229×1.281=47.5258×400×1.2=245561kwh1：回风温度为23℃，相对湿度为95%时的焓，kj/kg；h2：回风温度为10℃，相对湿度为100%时的焓，kj/kg；p：回风平均空气密度，kg/ m3 ；v：回风量，m3 /s。后期为：358457 kw。前期可利用热量245561kw，相当于350吨/小时蒸汽锅炉（煤矿常用6吨/小时蒸汽锅炉58.3台），约为50.1万吨标准煤/年。后期可利用热量358457 kw。相当于512吨/小时蒸汽锅炉（煤矿常用6吨/小时蒸汽锅炉85.3台），约为73.7万吨标准煤/年。3、安徽省和全国煤矿回风热能可利用量推算
根据上述两淮回风热能可利用量统计，再加上安徽省其它地方煤矿，按照安徽省煤炭年产量1亿吨计算，预计全安徽省矿井总回风量8715 m3/s，可利用热量409268 kw。约为84.2万吨标准煤/年。相当于排放219万吨二氧化碳。 按照2006全国煤炭年产量23.25亿吨计算，预计全国矿井总回风量2202623 m3/s，可利用热量9515481 kw。约为1957万吨标准煤/年。相当于排放5088万吨二氧化碳。三、投资及效益1、新建矿井投资： 初投资比常规设计锅炉房加中央空调系统少10%左右，年运行费用节省50%以上。以300万吨矿井为例，常规锅炉供暖系统加中央空调投资约为3000万元，回风热能利用系统投资约为2800万元，并且地源热泵系统每年可以比锅炉加中央空调系统，节省运行费用约350万元。2、老矿井改造投资： 可以按照改造每1瓦供热量投资2.5元计算，以改造一个年产量100万吨的矿井，供热面积3万平米，每天1000人洗澡，1500kW井筒保温，需要投资约1000万元，年节省运行费用250万元左右，约4年可以收回投资。对于两淮地区，很多锅炉快到设计寿命的矿井来说，如谢桥矿等，可以将购买新锅炉的钱节省下来，来投资矿井回风能利用系统，所增加的改造成本将大大降低。3、效益： 煤矿企业用回风热能利用技术替代传统的燃煤锅炉加中央空调系统供热制冷，将会给企业带来巨大的经济效益；同时推广回风热能利用技术完全符合贯彻科学发展观和构建和谐社会的需要，对建设现代化新型矿山有重要意义，具有非常重大的社会效益；另外矿区取消了锅炉房，没有了烟囱，彻底根除了污染源，矿井回风热能提取装置，兼有净化回风流粉尘，降低通风机噪音等功能，矿井回风能利用技术的大力推广，必将为煤矿企业和国家带来特别巨大的环境效益。四、结论 煤矿回风中蕴含着大量的地热能，通过与地源热泵技术的结合即可以取代目前煤矿企业传统的燃煤锅炉供热，节约大量煤矿企业自耗煤，煤矿回风热能提取技术的推广及应用可以为安徽省节约标准煤约84.2万吨/每年，减少二氧化碳排放约219万吨/每年。可以为国家节省标准煤约2000万吨/每年，减少二氧化碳排放约5000万吨/每年。 按全国煤矿吨煤电耗20kWh/t，2006全国煤炭年产量23.25亿吨，则全国煤矿每年耗电465亿kWh，按照目前每千瓦时耗煤320g计算，煤矿每年自耗电，相当于1488万吨标准煤，煤矿回风流热能技术的利用将可以为全国煤矿节约自耗煤2000万吨，该技术的推广将使煤炭行业“十一五” 单位生产总值能耗比2005年下降20%的计划提前超额完成，甚至 “十二五、十三五”的节能减排目标也提前完成。而且该技术也适合在非煤矿山推广应用，综合效益非常显著，意义十分重大。 建议新建矿井尽可能采用地源热泵这一新型的供热制冷技术，取代传统的燃煤锅炉加中央空调供热制冷系统，不用增加投资即可以达到节能减排的效果，政府牵头，抓住目前新建矿井，在不增加投资的情况下做好示范工程，以点带面逐步推广。同时老矿井锅炉报废改造时也应积极考虑利用矿井回风热能供热技术。
