太阳能矿井水源热泵复合系统分析研究

【摘要】：在煤矿开采过程中大量矿井水被直接排放，矿井水和其中的低位热能被白白浪费。对矿井水进行处理，将其中的低位热能加以利用有着很好的经济、环保和社会效益。而太阳能以其取之不尽、廉价、安全、清洁无污染等特点受到人们的重视。 为了充分利用矿井水和太阳能这两种低位热能，本文在前人所做工作的基础上，针对范各庄煤矿，提出了一种太阳能矿井水源热泵复合系统，分析了该系统的工作原理、运行模式、功能及其特点，并对该系统的经济性、节能性、环保性进行了分析，得出以下主要结论： （1）太阳能矿井水源热泵系统以并联的方式组合连接，或各自独立工作，或联合运行、互为补充，既能适合矿区的实际条件，又能满足矿区用热需求。太阳能集热器选择朝正南放置，倾角为当地纬度加5o。通过计算得出集热器面积为1100㎡，冬季太阳能保证率为65.6%。以水为储热介质，储热水箱为83m~3。 （2）本文选取太阳能矿井水源热泵系统（方案一）、矿井水源热泵系统（方案二）和冷水机组+燃煤锅炉系统（方案三）进行分析比较。通过费用年值分析得到：方案一为166.3万元，方案二为282.7万元，方案三为359.3万元。所以方案一的费用年值最小，经济性最好；方案一每年的一次能源消耗量为433.1t标准煤，方案二为1020.5t标准煤，方案三为5925.7t标准煤。因此方案一每年的一次能源消耗量最少。 （3）通过节能性分析估算出，太阳能矿井水源热泵系统的年节能量为2410815MJ，在寿命期内的节能量折合标准煤为1233.9t。CO_2减排量为3284.6t，SO_2减排量为24.7t，烟尘减排量为12.3t。节能和环保效益明显。 太阳能矿井水源热泵复合系统最大的意义在于提高了对太阳能和矿井水低位热源的综合利用率，大大降低了对一次能源的消耗，减少了CO_2等物质的排放，使有限的水资源得到充分利用，减少了水资源浪费。 【关键词】：矿井水 太阳能 水源热泵系统 经济分析 节能
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TD727;TK519
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 课题研究的实际意义9-11
• 1.2.1 矿井水资源化利用的效益9
• 1.2.2 矿井水源热泵系统的优点9-10
• 1.2.3 太阳能热泵系统的优点10
• 1.2.4 本课题研究的意义10-11
• 1.3 本课题研究领域国内外的研究动态及发展趋势11-14
• 1.3.1 国内外矿井水利用现状11-12
• 1.3.2 矿井水源热泵研究现状12-13
• 1.3.3 太阳能热泵研究现状13-14
• 1.4 本课题研究内容14-16
• 2 太阳能矿井水源热泵系统16-29
• 2.1 矿井水源热泵系统16-21
• 2.1.1 矿井水源热泵系统的组成16
• 2.1.2 矿井水源热泵系统的工作原理16-17
• 2.1.3 矿井水源热泵系统的节能原理17-19
• 2.1.4 矿井水源热泵系统对矿井水的要求19-21
• 2.2 太阳能热泵系统21-24
• 2.2.1 我国的太阳能资源21
• 2.2.2 太阳能热泵系统的技术原理及特点21-22
• 2.2.3 太阳能热泵系统的分类22-24
• 2.3 太阳能矿井水源热泵系统24-28
• 2.3.1 太阳能矿井水源热泵系统的组成24-25
• 2.3.2 太阳能矿井水源热泵系统型式的选择25
• 2.3.3 太阳能矿井水源热泵系统的原理25-26
• 2.3.4 太阳能矿井水源热泵系统的工作模式26-28
• 2.3.5 太阳能矿井水源热泵系统的特点28
• 本章小结28-29
• 3 太阳能矿井水源热泵系统技术分析29-46
• 3.1 矿井水净化处理29-33
• 3.1.1 矿井水的类型29
• 3.1.2 矿井水处理技术29-33
• 3.2 工程概况及负荷计算33-35
• 3.2.1 矿区概况33-34
• 3.2.2 负荷计算34-35
• 3.3 矿井水用量确定35-37
• 3.3.1 系统能效比的确定35-36
• 3.3.2 矿井水量计算36-37
• 3.4 太阳能集热器37-42
• 3.4.1 太阳能集热器的选取37-39
• 3.4.2 太阳能集热器的方位及倾角39-40
• 3.4.3 太阳能集热器的面积40-42
• 3.5 太阳能蓄热器42-44
• 3.5.1 太阳能蓄热方式42-43
• 3.5.2 蓄热水箱43-44
• 3.6 控制系统44-45
• 3.6.1 系统控制方式44-45
• 3.6.2 过热保护45
• 本章小结45-46
• 4 太阳能矿井水源热泵系统经济分析46-58
• 4.1 经济分析模型46-48
• 4.1.1 经济评价标准46-47
• 4.1.2 各方案的选择47-48
• 4.2 初投资分析48-50
• 4.2.1 初投资48
• 4.2.2 各方案初投资48-49
• 4.2.3 初投资分析49-50
• 4.3 运行成本分析50-54
• 4.3.1 年运行成本估算51-54
• 4.3.2 年运行成本分析54
• 4.4 综合性经济分析54-56
• 4.4.1 差额投资回收期分析55
• 4.4.2 费用年值分析55-56
• 本章小结56-58
• 5 太阳能矿井水源热泵系统节能环保分析58-62
• 5.1 能耗分析58
• 5.2 节能效果分析58-59
• 5.2.1 年节能量估算58-59
• 5.2.2 效费比评估59
• 5.3 环保效益分析59-60
• 本章小结60-62
• 6 结论62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 附录68

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