鄭凱

摘 要：根據(jù)國(guó)家相關(guān)環(huán)保政策對(duì)燃煤鍋爐淘汰規(guī)定，袁店一井煤礦現(xiàn)有供暖采用中利電廠集中供暖+空壓機(jī)余熱+瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱利用+空氣源熱泵機(jī)組。其中余熱綜合利用系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為礦井節(jié)約資金投入，具有很高的利用和發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：環(huán)境保護(hù);余熱利用;節(jié)約成本;設(shè)計(jì)優(yōu)化

1? 項(xiàng)目背景

根據(jù)國(guó)家相關(guān)環(huán)保政策，35 T/h以下的傳統(tǒng)燃煤鍋爐房必須關(guān)停，袁店一井煤礦現(xiàn)有三臺(tái)10T/h鍋爐，所以急需考慮采用其他供熱方式來保證礦井冬季安全生產(chǎn)和職工日常生活供汽需求。

目前臨渙地區(qū)可供選擇的熱源點(diǎn)只能是臨渙中利電廠，電廠現(xiàn)有容量為4×300MW級(jí)機(jī)組，一期工程建設(shè)2×300MW，采用國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型循環(huán)流化床鍋爐（CFB）的燃煤發(fā)電機(jī)組，已分別于2009年3月和5月投產(chǎn)。二期建設(shè)2×330MW國(guó)產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐（CFB）的燃煤發(fā)電機(jī)組，分別于2013年6月和7月底并網(wǎng)發(fā)電。

目前，我礦主要存在兩種余熱可以加以利用。一是瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱：礦場(chǎng)區(qū)西南角瓦斯電廠現(xiàn)安裝有14臺(tái)發(fā)電機(jī)機(jī)組，其中500kW發(fā)電機(jī)機(jī)組6臺(tái)，700kW發(fā)電機(jī)機(jī)組5臺(tái)，800kW發(fā)電機(jī)機(jī)組3臺(tái)，實(shí)際運(yùn)行一般不低于3-4臺(tái)，排煙溫度500度。二是空壓機(jī)余熱：礦場(chǎng)區(qū)壓風(fēng)機(jī)房現(xiàn)安裝有英格索蘭壓風(fēng)機(jī)6臺(tái)MM200型壓風(fēng)機(jī)，采用風(fēng)冷，正常情況下不低于2臺(tái)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，6臺(tái)輪換使用。

全礦洗浴人數(shù)2000余人，全年日均用熱水約700噸，水源為經(jīng)凈水站處理后的深井水，原水硬度為12-13㎎mol/L。礦井熱水泵房設(shè)有池浴池一個(gè)，體積為300m3，淋浴池2個(gè)，體積合計(jì)400m3。

2? 袁店一井煤礦供暖原則及改造方案

2.1? 供暖原則

現(xiàn)有工廣供熱管網(wǎng)全覆蓋，供暖面積大，24小時(shí)全天候供暖，時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)有供熱方式不環(huán)保、不節(jié)能。

改造堅(jiān)持原則：

（1）保障井口及重要車間冬季供暖。

（2）保障浴池采暖及職工洗浴。

（3）辦公區(qū)域、職工宿舍、食堂，冬季采用空調(diào)供暖。

2.2? 改造方案

結(jié)合礦井實(shí)際，袁店一井煤礦供暖采用中利電廠集中供暖+空壓機(jī)余熱+瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱利用。其中，中利電廠集中供暖解決井口及重要車間冬季供暖問題，空壓機(jī)余熱+瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱解決浴池洗浴，為保障余熱利用系統(tǒng)的可靠性，在空壓機(jī)余熱、瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱基礎(chǔ)上再建設(shè)空氣源熱泵機(jī)組一套。

（1）中利電廠集中供暖

礦井目前的供熱負(fù)荷如下：

利用臨渙中利電廠低熱值蒸汽，安裝中利電廠至袁店一井煤礦供暖管路，在中利電廠與各用汽點(diǎn)之間有塌陷區(qū)、農(nóng)田、道路等，供熱管道線路選擇根據(jù)實(shí)際情況，采用架空敷設(shè)的方式，架空管道采用焊接，管徑計(jì)算根據(jù)規(guī)范，按最大小時(shí)供汽量進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)考慮一定的富裕量，設(shè)備及架空管道主保溫材料采用高溫玻璃棉制品，采用厚度為0.5mm的彩鋼板保護(hù)。埋地管路采用復(fù)合管中管，管道設(shè)計(jì)盡可能利用跨越和走向轉(zhuǎn)折及調(diào)整管道高差產(chǎn)生自然的 π型、L型和 Z型自然補(bǔ)償。為減少壓損，沒有自然補(bǔ)償?shù)钠街惫芏尾捎脽o推力套筒補(bǔ)償器。

（2）余熱綜合利用系統(tǒng)

空壓機(jī)余熱+瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱+空氣源熱泵機(jī)組解決浴池洗浴。各分系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)立保溫水箱，其中余熱利用系統(tǒng)采用內(nèi)外循環(huán)獨(dú)立設(shè)計(jì)，通過板式換熱器實(shí)現(xiàn)熱能的傳遞，余熱利用系統(tǒng)出水溫度可調(diào)整，達(dá)到設(shè)定溫度后自動(dòng)輸送至現(xiàn)有熱水泵房池浴池及淋浴池內(nèi)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)化操作，將礦現(xiàn)有熱水泵房淋浴、池浴控制納入整個(gè)系統(tǒng)。

3? 余熱綜合利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1? 原有熱水泵房淋浴、池浴控制系統(tǒng)

熱水泵房有三個(gè)集水池，其中兩個(gè)淋浴池，一個(gè)池浴池，池內(nèi)熱水蒸汽加熱后，淋浴泵、池浴泵將水打至用水地點(diǎn)。具體如圖1所示：

3.2 余熱利用系統(tǒng)使用后熱水泵房淋浴、池浴控制系統(tǒng)

（1）瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱利用裝置：瓦斯發(fā)電機(jī)組煙道安裝煙氣余熱回收熱水鍋爐，采用二次換熱，加裝可拆板式換熱器，一次側(cè)采用煙氣——水換熱，二次側(cè)采用水（內(nèi)循環(huán)）——水（外循環(huán)）換熱，一次側(cè)不結(jié)水垢，通過熱水循環(huán)管道把熱水送至集水箱，再通過供水泵送至淋浴、池浴水。內(nèi)循環(huán)管路分為南北兩路系統(tǒng)，當(dāng)一路出問題后，不影響另一路系統(tǒng)的安全運(yùn)行，具備南北兩路系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)。

（2）空壓機(jī)余熱利用裝置：采用二次換熱，加裝可拆板式換熱器，一次側(cè)采用油——水換熱，二次側(cè)采用水（內(nèi)循環(huán)）——水（外循環(huán)）換熱，一次側(cè)不結(jié)水垢，空壓機(jī)余熱回收產(chǎn)生熱水，通過熱水循環(huán)環(huán)管道把熱水送至集水箱，再通過供水泵送至淋浴、池浴水箱。壓風(fēng)機(jī)余熱回收不應(yīng)影響壓風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行，同時(shí)應(yīng)考慮蓄水池滿水后余熱回收系統(tǒng)與原冷卻系統(tǒng)的自動(dòng)切換。當(dāng)單臺(tái)壓風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)，對(duì)應(yīng)的熱回收裝置水路能夠斷開，防止單臺(tái)壓風(fēng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)停機(jī)時(shí)有反水現(xiàn)象發(fā)生。

（3）低溫空氣源熱泵機(jī)組，在淋浴、池浴水箱溫度和水量不夠的情況下自動(dòng)運(yùn)行。

（4）系統(tǒng)智能化運(yùn)轉(zhuǎn)，做到無人值守?？刂葡到y(tǒng)具備自動(dòng)開機(jī)、停機(jī)、重新啟動(dòng)等，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)，包括正常運(yùn)行壓力、進(jìn)出水溫度、油溫、流量、停機(jī)、故障信息等。

有獨(dú)立水質(zhì)處理設(shè)備，防止供水系統(tǒng)結(jié)垢和腐蝕。集水箱根據(jù)水箱液位（可調(diào)）和水箱水溫控制（可調(diào)），各水箱根據(jù)需要設(shè)定水位和水溫，通過供水泵及電磁閥開閉實(shí)現(xiàn)功能。熱水采用恒壓供水，變頻控制。

4? 余熱綜合利用系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益

冬季供暖結(jié)束后，從中利電廠供汽，因蒸汽用量少，熱損大，不經(jīng)濟(jì)，采用余熱綜合利用系統(tǒng)，解決職工洗浴。

冬季供暖結(jié)束，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)計(jì)量，中利電廠供汽量每月約1800t，每噸180元，每月費(fèi)用1800×180=32.4萬元。

采用余熱綜合利用系統(tǒng)，運(yùn)行成本主要是設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi)?？諌簷C(jī)余熱利用系統(tǒng)4臺(tái)3kW水泵，2臺(tái)4kW水泵，一用一備;瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱利用系統(tǒng)2臺(tái)15kW，4臺(tái)11kW，一用一備;空氣源熱泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)2臺(tái)，每臺(tái)33kw，水泵4臺(tái)11kW，4臺(tái)7.5kW，一用一備。按24小時(shí)使用計(jì)算，電費(fèi)按平均電價(jià)0.68元/度，月度費(fèi)用為：（2×3+1×4）+（1×15+2×11）+（2×33+2×11+2×7.5）×0.68×24×30=7.344萬元。

從上可以看出，采用余熱綜合利用系統(tǒng)解決職工洗浴，大大縮減了礦井開支，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

通過實(shí)踐證明，瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱、空壓機(jī)余熱、空氣源熱泵技術(shù)綜合利用，以清潔、綠色能源取代了燃煤鍋爐供熱，在為礦井帶來巨大的直接經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)起到節(jié)能減排的作用[1]。另外空壓機(jī)余熱技術(shù)的應(yīng)用，它可以有效提高設(shè)備利用率、延長(zhǎng)設(shè)備壽命和降低事故停機(jī)率。

隨著人們節(jié)能和環(huán)保意識(shí)的提高，新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的大趨勢(shì)下，礦井余熱利用技術(shù)的研究和應(yīng)用必將越來越受到重視，具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，有必要對(duì)礦井余熱利用技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究， 并將其充分應(yīng)用于實(shí)踐。

5? 余熱綜合利用系統(tǒng)優(yōu)化

5.1? 內(nèi)循環(huán)水質(zhì)采用軟化水。

由于瓦斯發(fā)電機(jī)組、空壓機(jī)一次側(cè)內(nèi)循環(huán)水溫較高，我礦水質(zhì)硬度較大，雖有水質(zhì)處理裝置（硅磷晶），但水質(zhì)硬度仍然存在。內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)雖相對(duì)穩(wěn)定，每天仍需補(bǔ)少量水，特別是檢修后放水重新補(bǔ)水，長(zhǎng)期使用后，熱水鍋爐、板式換熱器、管路結(jié)垢問題很難處理。故重新設(shè)計(jì)一趟軟化水內(nèi)循環(huán)補(bǔ)水管路，用于內(nèi)循環(huán)補(bǔ)水。

5.2? 空氣源熱泵機(jī)組加裝板式換熱器，采用二次換熱。

由于空氣源熱泵機(jī)組為開式循環(huán)，長(zhǎng)期使用，水質(zhì)硬度大，導(dǎo)致空氣源熱泵機(jī)組內(nèi)換熱器結(jié)垢損壞，管路堵塞，故采用二次換熱系統(tǒng)保證設(shè)備長(zhǎng)期高效運(yùn)轉(zhuǎn)。板片式換熱器，是用薄金屬板壓制成具有一定波紋形狀的換熱板片，然后疊裝，用夾板、螺栓緊固 而成的一種換熱器。工作流體在兩塊板片間形成的窄小而曲折的通道中流過，冷熱流體依次通過流道，中間有一隔層板片將流體分開，并通過此板片進(jìn)行換熱。板式換熱器的結(jié)構(gòu)及換熱原理決定了其具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，傳熱效率高，操作靈活性大，應(yīng)用范圍廣，熱損失小，安裝和清洗方便等特點(diǎn)。兩種介質(zhì)的平均溫差可以小至1℃，熱回收效率可達(dá)98%以上[2]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王曉晴.礦井回風(fēng)余熱全回收利用裝置[P]. CN201381870[專]/，2010-01-13.

[3] 趙宗燠. 余熱利用與鍋爐節(jié)能[M].寧夏： 寧夏人民出版社，1984.