炭鉱の排気廃熱利用と新鮮な空気の加熱ソリューション

概要
炭鉱換気とは、炭鉱換気システムから排出される低温の熱気のことを指します。ある程度の熱エネルギーが含まれており、通常は直接放出されるため、エネルギーが無駄になります。排気の廃熱利用技術は、この熱エネルギーをリサイクルし、新鮮な空気の加熱などに利用することで、エネルギー利用効率を向上させるだけでなく、エネルギー消費と環境汚染を削減します。この提案では、炭鉱の排気からの廃熱回収の原理と技術的解決策、および新鮮な空気の加熱におけるその具体的な応用について紹介します。
空気不足による廃熱利用の原理
排気廃熱回収は主にヒートポンプ技術または熱交換器システムに基づいており、排気中の低温熱エネルギーを抽出し、それを使用可能な高温熱エネルギーに変換します。仕組みは以下のとおりです:
熱エネルギーの捕捉: 排気は熱交換器またはヒートポンプ システムを通過し、作動媒体 (水や冷媒など) に熱を伝達します。
熱エネルギー変換: ヒートポンプは、圧縮と膨張のプロセスを通じて熱エネルギーの温度を上昇させ、暖房などの目的に適したものにします。
熱エネルギー出力: 変換された高温熱エネルギーは、新鮮な空気を加熱したり、暖房やお湯を供給したりするために使用されます。
排気廃熱利用計画
1. ヒートポンプシステム
設備: 空気熱源ヒートポンプまたは水熱源ヒートポンプ。
ワークフロー:
排気は蒸発器を通過し、冷媒に熱を放出します。
冷媒はコンプレッサーによって加熱された後、コンデンサー内の水または空気に熱を伝達します。
加熱された媒体は新鮮な空気の予熱または加熱に使用されます。
利点:
高効率で省エネ、COP（エネルギー効率比）は通常3.0以上です。
低温環境や安定した動作に適しています。
適用シナリオ: 冬の寒冷地の鉱山、新鮮な空気の加熱、建物の暖房に適しています。
2. 熱交換システム
装置: プレート熱交換器またはチューブ熱交換器。
ワークフロー:
排気と外気は熱交換器で熱交換し、排気の熱が外気へ直接伝わります。
新鮮な空気は換気システムに入る前に予熱されるため、暖房エネルギーの消費が削減されます。
利点:
シンプルな構造でメンテナンスコストが低い。
熱需要が低いシナリオに適しています。
適用シナリオ: 温暖な気候の地域や新鮮な空気の予熱の必要性が少ない鉱山に適しています。
3. 複合システム
装置: 熱交換器と組み合わせたヒートポンプ。
ワークフロー:
熱交換器は最初に排気の熱を回収し、新鮮な空気を予熱します。
ヒートポンプは、より高い温度要件を満たすために熱温度をさらに上げます。
利点: 高い効率性と経済性の両方を考慮しており、さまざまな作業条件に適応できます。
適用シナリオ: 熱需要が大きい深部鉱山や総合エネルギー利用プロジェクトに適しています。
暖房用新鮮空気ソリューション
新鮮な空気を加熱することは、特に寒冷地では排気からの廃熱の重要な用途です。鉱山内の作業環境を確保するには、新鮮な空気を適切な温度に加熱する必要があります。具体的な計画は以下のとおりです。
1. 外気予熱システム
プロセス：
排気は熱交換器を通過し、入ってくる新鮮な空気に熱を伝達します。
予熱された新鮮な空気は、加熱装置（電気ヒーターやヒートポンプなど）に入り、さらに目標温度に達します。
利点: 加熱装置のエネルギー消費を削減し、運用コストを削減します。
事例: 炭鉱ではプレート熱交換器を使用しており、新鮮な空気の予熱温度が 10 ～ 15°C 上昇し、加熱エネルギーが節約されます。
2. ヒートポンプが新鮮な空気を直接供給
プロセス：
排気からの熱はヒートポンプシステムを通じて抽出され、循環する水または空気を加熱します。
加熱された媒体は新鮮な空気を加熱するために直接使用され、鉱山の換気システムに送られます。
利点: 効率的、安定、大規模な外気加熱に適しています。
事例：鉱山では空気熱源ヒートポンプを使用しており、排気熱回収率は60%に達し、新鮮な空気の温度は20℃以上で安定しています。
3. インテリジェント制御システム
関数：
排気温度、流量、新鮮な空気の需要をリアルタイムで監視します。
ヒートポンプまたは熱交換器の動作状態を自動的に調整して、エネルギー効率を最適化します。
利点: システム運用効率が向上し、手動による介入が削減されます。
事例：鉱山でPLC制御システムを導入した結果、熱利用率が15%増加しました。
利点と経済的利益
省エネと排出削減: 排気から熱を回収することで、従来の石炭や電気暖房の使用を減らし、CO2 排出量を削減できます。
経済的: 初期投資は高額ですが、運用コストは低く、回収期間は通常 3 ～ 5 年です。
環境上の利点: 熱の放出を減らし、採掘地域周辺の環境を改善します。
事例分析：炭鉱の風力不足廃熱プロジェクトでは、年間約2,000トンの標準石炭を節約し、約5,000トンのCO2排出量を削減し、年間100万人民元の経済効果をもたらします。
実装ノート
排気特性の分析：排気の温度、流量、安定性を測定し、システム設計が妥当であることを確認します。
機器の選択: 鉱山の規模と気候条件に基づいて、適切なヒートポンプまたは熱交換器モデルを選択します。
メンテナンス管理: 効率の低下を防ぐために、熱交換器を定期的に清掃し、ヒートポンプ システムをチェックします。
政策支援：国の省エネ・排出削減補助金政策を活用して、プロジェクト投資コストを削減します。
結論は
石炭鉱山の排気廃熱利用技術は、グリーンマイニングに持続可能なエネルギーソリューションを提供します。加熱された新鮮な空気のソリューションは、ヒートポンプまたは熱交換器システムを通じて排気の熱を効果的に回収し、鉱山の作業環境を改善するだけでなく、エネルギー消費と排出量を大幅に削減します。インテリジェント制御とポリシーサポートを組み合わせたこのソリューションは、幅広い応用の可能性と経済的価値を備えています。