王彩俠，杜成偉

兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧三號煤礦，山東濟(jì)寧 272169

換熱機組節(jié)能改造應(yīng)用

王彩俠，杜成偉

兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧三號煤礦，山東濟(jì)寧 272169

本文主要介紹了現(xiàn)有換熱機組現(xiàn)狀、分層布管對熱效率的影響以及相關(guān)輔助設(shè)備改造，從而實現(xiàn)對換熱機組節(jié)能改造應(yīng)用。

分層布管；熱效率；PLC；節(jié)能

1 換熱機組現(xiàn)狀

濟(jì)三煤礦現(xiàn)有總熱負(fù)荷為11.99mW（合蒸汽17.15t/小時），其中建筑物（不包括選煤廠）7 815kW（熱水），選煤廠4 177kW（熱水）。原有換熱器的效率太低（75%），在同等負(fù)荷的條件下浪費了大量的熱源，也就是礦井在總熱負(fù)荷不變的情況下，由于換熱器效率低而多投入了大量的物力、人力、財力，這顯然不符合國家“節(jié)能降耗”的政策，更不利于礦井的可持續(xù)發(fā)展。況且鍋爐房已建成運行12年，鍋爐房內(nèi)原有鍋爐及輔機、換熱設(shè)備均已老化，每年都要進(jìn)行大量維修工作，其中最重要的是換熱器的換熱效率低，在同等負(fù)荷的前提下浪費了大量的熱源。同時原有的換熱器具有一定的弊端：殼程無法進(jìn)行機械清洗，殼程檢查困難，殼體與管子之間無溫差補償元件時會產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，即溫差較大時需采用膨脹節(jié)或波紋管等補償元件以減小溫差應(yīng)力；管程大，不耐高溫高壓，在溫度壓力超過一定值的情況下無法使用。因此進(jìn)行更換換熱器，并在附件上增設(shè)溫度控制閥，對蒸汽流量根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行控制；同時對原有循環(huán)水泵增加變頻控制等。

2 換熱器的分層布管對熱效率的影響

在進(jìn)行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了提高換熱效率，一般的工藝途經(jīng)是：1）延長兩種熱交換介質(zhì)的接觸時間；2）增加兩種熱交換介質(zhì)的接觸面積。延長和加大介質(zhì)之間的接觸時間及面積，大概可采取以下幾種方法：1）增加殼程數(shù)量，即從結(jié)構(gòu)上把換熱器設(shè)計為多殼程結(jié)構(gòu)形式，這是一種有效的方法，但是制造難度較大，一般不常采用；2）增加管程數(shù)量，即從結(jié)構(gòu)上把換熱器設(shè)計為多管程結(jié)構(gòu)形式，此為既簡單又常用的方法；3）同時增加管、殼程數(shù)量等等。但在實際運用中大多首選增加管程數(shù)量來提高換熱效率。就一臺多管程換熱器而言，對管程進(jìn)行分層時，會使換熱器的換熱面積明顯下降（如圖1所示）。從圖1中我們可以看出，對于同規(guī)格（直徑、長度、換熱管都相同）的換熱器來講管程數(shù)分得越多，管板上的布管數(shù)量就越少（因為分程隔板占用了管板布管區(qū)的布管面積，使布管數(shù)量減少）。圖1a是管程數(shù)為1層的換熱器，其布管數(shù)為138根；圖1b是與圖1a同規(guī)格的管板，只是管程數(shù)分為6層，其布管數(shù)量為114根，比較兩種情況，6管層換熱器比1管層換熱器減少了24根管子，其換熱面積相應(yīng)減少了近20%。

如圖2所示，從圖中可以看出對同規(guī)格（直徑、長度、換熱管都相同）的換熱器來講，管程分層數(shù)的多少不會影響換熱器的布管數(shù)量。比較“圖2a”是管程數(shù)為1層的換熱器，其布管數(shù)為138根；“圖2b”是與“圖2a”同規(guī)格的管板，但是管程數(shù)分為6層，其布管數(shù)量仍為138根。兩種換熱器排管布局完全一樣，其換熱面積沒有因管程的分層數(shù)增加而減少，原因是該換熱器在用隔板分層時，隔板沒有占用布管區(qū)的面積（在管板上不加工分層隔板槽）。因此更換為圖2b所示布管的換熱器，提高換熱器的換熱效率。

3 相關(guān)輔助設(shè)備改造

3.1 PLC控制技術(shù)

為提高換熱站自動化水平、達(dá)到節(jié)能降耗的目的，改造后的換熱站采用PLC控制技術(shù)，實時檢測各類運行參數(shù)，制定最佳運行工況，達(dá)到最大限度的節(jié)能。

PLC操作控制臺可以實現(xiàn)以下功能：

1 ）實時檢測參數(shù)，技術(shù)了解工況，隨時掌握換熱站或用戶的溫度、壓力、流量、熱量等；2）根據(jù)實際需熱量的多少，進(jìn)行按需分配流量；3）合理匹配工況，保證按需供熱；根據(jù)實測的室外溫度變化，預(yù)測當(dāng)時熱負(fù)荷，制定最佳運行工況，能到達(dá)最大限度的節(jié)能；4）根據(jù)參數(shù)設(shè)定的限值能夠進(jìn)行聲光報警；5）及時診斷故障，確保安全運行；6）健全運行檔案，建立各種信息數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)\行過程中的各種信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，根據(jù)需要打印出日志、水壓圖、水耗、供熱量 進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)，實行量化管理。

3.2 循環(huán)水泵

循環(huán)水泵采用變頻控制，變頻工作原理：PLC操作控制臺內(nèi)設(shè)PLC可編程控制器，將熱交換站二次系統(tǒng)供回水壓差，設(shè)為主要控制參數(shù)，根據(jù)末端的供熱熱負(fù)荷，可以得出系統(tǒng)所需流量，通過采集來的供暖供水壓力、回水壓力，然后按照一定的規(guī)律進(jìn)行計算，發(fā)出控制信號，下達(dá)變頻調(diào)速指令從而改變循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到循環(huán)水流量的控制，保持二次系統(tǒng)壓差恒定。通過循環(huán)水泵的變頻控制，可以實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速、耗電量與供暖系統(tǒng)負(fù)荷的動態(tài)聯(lián)動，做到真正節(jié)能運行的工作狀態(tài)。

3.3 補水泵

在供暖系統(tǒng)運行過程中，常存在熱媒跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，為保證管道內(nèi)滿流量、穩(wěn)壓運行，要對管道內(nèi)熱媒介質(zhì)進(jìn)行實時補水定壓控制，補水定壓裝置采用變頻器定壓系統(tǒng)，預(yù)先設(shè)定系統(tǒng)定壓點壓力，達(dá)到設(shè)定壓力自動停機（由PLC發(fā)出控制信號），低于設(shè)定壓力自動開機補水。具有手動、自動兩種控制方式。

從節(jié)能減排角度考慮，使用礦井筒保溫凝結(jié)水作為補水水源來對熱水供暖系統(tǒng)進(jìn)行補水定壓，生活用水作為備用補水水源。

3.4 凝結(jié)水回收裝置

凝結(jié)水回收采用密閉式自動凝結(jié)水回收器，密閉式自動凝結(jié)水回收器由凝結(jié)水回收罐、高溫凝結(jié)水回收裝置、自動控制系統(tǒng)和自力式壓力調(diào)節(jié)閥、水位控制儀、泵站附件等組成。密閉式自動凝結(jié)水回收器可以有效的回收凝結(jié)水，提高生產(chǎn)效益，節(jié)約能源，有效蒸汽使用率。經(jīng)凝結(jié)水回收裝置再次收集的凝結(jié)水水質(zhì)經(jīng)檢驗合格滿足濟(jì)三電廠使用要求時，凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵提升后輸送至濟(jì)三電廠，當(dāng)凝結(jié)水水質(zhì)不能滿足電廠使用要求時，則將凝結(jié)水打回?fù)Q熱站內(nèi)的軟化水箱作為供暖系統(tǒng)的補水使用。凝結(jié)水回收裝置自帶電氣控制柜，根據(jù)采集來的集水罐液位，自動控制凝結(jié)水泵開停車運行。

3.5 溫度控制閥

利用溫度控制閥對蒸汽流量進(jìn)行控制，控制原理：當(dāng)室外溫度升高時，末端負(fù)荷變小時溫控閥關(guān)小，蒸汽流量減??；當(dāng)室外溫度降低時，末端負(fù)荷變大時，溫控閥開大，蒸汽流量增加。溫度控制閥可以根據(jù)末端負(fù)荷變化情況，自行調(diào)節(jié)溫控閥的開關(guān)量，溫控閥的使用避免了鍋爐房盲目的對用戶供熱，節(jié)省了大量的熱源。

4 結(jié)論

熱效率：在相同的工藝條件下，由于分層布管在用隔板分層時，隔板沒有占用布管區(qū)的面積（在管板上不加工分層隔板槽），增加了換熱面積，提高了換熱效率，在同等的總熱負(fù)荷情況下，節(jié)省了熱源，減少了能源浪費。原有換熱器的效率75%，更換后的換熱器的效率按87%計，總熱負(fù)荷11.99mW（合蒸汽17.15t/小時），一個采暖期可節(jié)省蒸汽量：（87%-75%）×17.15×24×30×4=0.59萬噸，電廠蒸汽價格260元/噸，可節(jié)省蒸汽成本：0.59×260=153.4萬元。

電耗：鍋爐房電負(fù)荷約為134.88萬kW·h，電費支出約70.1萬元；由電廠集中供熱后，僅換熱站幾臺循環(huán)水泵及補水泵、凝結(jié)水泵等采暖期正常用電，約47.7萬kW·h，需支出電費約24.8萬元；即可節(jié)約電費70.1-24.8=45.3萬元。

煤耗：鍋爐房一個采暖期季耗原煤約1.2萬噸，由電廠集中供熱后，電廠一個采暖期耗煤泥增加1.03萬噸。原煤按550元/t，煤泥360元/t，燃料費用每年節(jié)約1.2×550-1.03×360=289.2萬元。

人工費：工廣鍋爐房及工人生活區(qū)鍋爐房現(xiàn)有職工34人，按年人均工資2.9萬元計算，年工資總額為98.6萬元。由電廠集中供熱后崗位定員按18人設(shè)置，年工資總額52.2萬元。節(jié)省人工費46.4萬元。

[1]管殼式換熱器(GB151-1999).

[2]相關(guān)技術(shù)資料.

TK172

A

1674-6708（2012）59-0082-02

王彩俠，助理工程師，工作單位：兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧三號煤礦