周新朋

摘 要：北方礦區(qū)工業(yè)場地的礦井乏風(fēng)和地下涌水是理想的低溫余熱資源，本文結(jié)合某工程，通過對(duì)燃?xì)忮仩t、電鍋爐（蓄熱）、余熱利用三種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)及節(jié)能評(píng)價(jià)等綜合分析，提出供熱方案選擇的合理化建議。

關(guān)鍵詞：燃?xì)忮仩t;電鍋爐（蓄熱）;余熱利用;乏風(fēng)熱泵;涌水源熱泵;節(jié)能

1 引言

礦區(qū)工業(yè)場地存在這大量的供熱需求，既存在高品位、高負(fù)荷的生產(chǎn)系統(tǒng)用熱，也有僅需低品位熱源、負(fù)荷較低的生產(chǎn)生活用熱需求。

對(duì)于高品位、高負(fù)荷加熱系統(tǒng)，礦區(qū)通常采用燃煤或燃?xì)庹羝仩t供熱，供熱形式相對(duì)成熟單一，而對(duì)于低品位供熱需求的生產(chǎn)生活用熱而言，熱源的選擇空間較大，也是供熱方案確定的難點(diǎn)，本文結(jié)合某工程，重點(diǎn)對(duì)礦區(qū)低品位供熱需求的生產(chǎn)生活供熱方案進(jìn)行研究分析。

一、負(fù)荷分析

某礦井工業(yè)場地的低品位供熱需求主要包括：井筒保溫、供暖和洗浴用熱。

（1）井筒保溫

礦井在冬季為了防止井筒凍冰，必須采取加熱保溫措施。該工程井筒保溫?zé)嶝?fù)荷6.2MW。供熱介質(zhì)為0.3MPa飽和蒸汽或50/40℃熱水。

（2）供暖

工業(yè)場地內(nèi)的行政福利、公共設(shè)施等用房需考慮冬季供暖，供暖熱負(fù)荷4MW，供熱介質(zhì)采用70/60℃的熱水。

（3）生活熱水

工業(yè)場地內(nèi)生活熱水負(fù)荷2.44MW，供熱介質(zhì)采用50℃熱水。

熱源年運(yùn)行時(shí)間均365d，工作制度為每天3班作業(yè)，采暖季144天，日運(yùn)行時(shí)間16h，非采暖季221天，日運(yùn)行時(shí)間6h。

2 資源分析

2.1煤炭資源

礦區(qū)煤炭資源豐富，可考慮就地取材，設(shè)置燃煤鍋爐進(jìn)行供熱，當(dāng)?shù)丨h(huán)保政策要求淘汰10t/h及以下燃煤鍋爐，本工程無法利用燃煤鍋爐進(jìn)行供熱。

2.2燃?xì)?/p>

該礦井工業(yè)場地?zé)o燃?xì)夤芫W(wǎng)，但可通過建設(shè)儲(chǔ)氣站的方式解決供氣問題。

2.3電力

工程現(xiàn)狀設(shè)置35kV變電站1座，變電站主變?nèi)萘?×20.0MVA，負(fù)荷約14MW～15MW，兩臺(tái)主變同時(shí)運(yùn)行，主變負(fù)荷率約在38%，可保證供熱用電需求。

高峰：1.1698元/kWh，平段0.7934元/kWh，谷電為0.4172元/kWh。

電鍋爐供熱屬于清潔能源范疇，且優(yōu)惠的峰谷電價(jià)政策，為采用電鍋爐+蓄熱的供熱方案創(chuàng)造了條件。

2.4余熱資源

該工程為煤炭礦區(qū)，存在大量余熱資源，如礦井乏風(fēng)余熱、地下涌水余熱等。

（1）礦井乏風(fēng)：回風(fēng)井總回風(fēng)量為133.4m?/s，出風(fēng)溫度為10℃，相對(duì)濕度為60%，風(fēng)量大且穩(wěn)定，單位風(fēng)量余熱量約22.7kW。

（2）地下涌水：煤礦處理之后的外排水量平均800m?/h，水溫13℃，水量大且穩(wěn)定，單位水量余熱量約10.45kW。

3 技術(shù)方案

通過資源分析，本工程可采用燃?xì)忮仩t、電鍋爐（蓄熱）和熱泵技術(shù)等多種供熱方案。

3.1燃?xì)忮仩t方案

配置2x10t/h燃?xì)庹羝仩t，供熱0.3MPa飽和蒸汽，在鍋爐房內(nèi)設(shè)置汽-水換熱器。裝機(jī)規(guī)模如下（水泵、化水、管道等不詳列）：

燃?xì)庹羝仩t：D=10t/h? P=1.0MPa? 效率93%，2臺(tái);

汽水換熱器：3臺(tái);

3.2 高壓電極鍋爐（蓄熱）供熱

配置2x10t/h高壓電極熱水鍋爐，裝機(jī)規(guī)模如下（水泵、化水、管道等不詳列）：

高壓電極熱水鍋爐：Q=19.5MW P=1.0MPa，95/70℃ 效率98%，2臺(tái);

板式換熱器：4臺(tái);

蓄熱水箱：1800m3，1.0MPa，2個(gè);

3.3 余熱利用

由2.4節(jié)余熱資源分析可知，礦井乏風(fēng)和地下涌水都是可利用的理想余熱資源，可采用水源熱泵和乏風(fēng)熱泵機(jī)組，將低溫余熱提升品位后滿足礦區(qū)的供熱需求，裝機(jī)規(guī)模如下（水泵、化水、管道等不詳列）：

涌水源高溫?zé)岜脵C(jī)組（供暖）：1220kW 蒸發(fā)側(cè)13/4℃，1.0MPa;供熱側(cè)70/60℃m，1.0MPa，4臺(tái);

涌水源熱泵機(jī)組（生活熱水+井口加熱）：1220kW 蒸發(fā)側(cè)13/4℃，1.0MPa;供熱側(cè)50/40℃m，1.0MPa，5臺(tái);

乏風(fēng)熱泵機(jī)組（井口加熱）：1350kW 蒸發(fā)側(cè)3/-2℃（乙二醇溶液），1.0MPa;供熱側(cè)50/40℃m，1.0MPa，3臺(tái);

乏風(fēng)取熱器：額定風(fēng)量30000m3/h，乏風(fēng)參數(shù)10℃，相對(duì)濕度60%，出風(fēng)3℃，相對(duì)濕度95%，3臺(tái)。

4 經(jīng)濟(jì)及節(jié)能分析

4.1投資對(duì)比分析

三種供熱方案的投資（含土建及安裝，不含預(yù)備費(fèi)及二類費(fèi)用）分別為：

（1）燃?xì)忮仩t：1000萬元;

（2）電鍋爐：2143萬元;

（3）熱泵供熱：1516萬元。

4.2運(yùn)行成本及敏感性分析

（1）年運(yùn)行成本

1）余熱利用方案：1204.39萬元/年;

2）燃?xì)忮仩t方案：757.50萬元/年;

3）電鍋爐方案：1633.17萬元/年。

（2）最敏感因素

1）余熱利用方案：耗電成本，占比約88%，其中平峰耗電量占比最大;

2）燃?xì)忮仩t方案：耗氣成本，占比74%;

3）電鍋爐方案：耗電成本，占比91%，由于電鍋爐采用蓄熱方式，谷電耗電量最大。

針對(duì)單個(gè)方案而言，人力成本和維修成本相對(duì)變化不大，且占比不超過5%。

（3）年一次能源消

1）余熱利用方案：1443.7tce/年;

2）燃?xì)忮仩t方案：3050.4 tce/年;

3）電鍋爐+蓄熱方案：4329.1 tce/年;

顯然余熱利用方案的一次能源消耗量最少，節(jié)能減排成效最佳。

在供熱負(fù)荷相同的條件下，選用何種方案，需統(tǒng)籌兼顧投資、運(yùn)行成本、建設(shè)條件、節(jié)能設(shè)計(jì)等因素，就本工程而言，若僅考慮投資及經(jīng)濟(jì)性，顯然燃?xì)忮仩t方案是最合適的，但由于項(xiàng)目無燃?xì)夤芫W(wǎng)，且無建設(shè)燃?xì)鈨?chǔ)氣站的位置，最終采用了熱泵供熱方案，一方面充分利用了余熱資源，降低了一次能源消耗，另一方面相對(duì)電鍋爐方案，余熱利用方案的投資和運(yùn)行成本都具有較大優(yōu)勢。

同時(shí)，由于不同地區(qū)電價(jià)、水價(jià)、天然氣價(jià)格不同，即便是相同的供熱方案，經(jīng)濟(jì)測算邊界條件發(fā)生變化時(shí)，運(yùn)行成本也將發(fā)生大的變化，因此何種方案更合理，尚需綜合對(duì)比分析確定，切不可盲目選擇，如本工程中，若提高天然氣價(jià)格，當(dāng)天然氣價(jià)格提高至3.5元/Nm3，平峰電價(jià)降低至0.75元/kWh時(shí)，余熱利用方案的運(yùn)行成本則變?yōu)樽畹汀?/p>

5 結(jié)論及建議

（1）通過本文分析，提供了礦區(qū)工業(yè)場地供熱方案選擇的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（2）利用礦井余熱供熱，從減少一次能源消耗的角度出發(fā)，是值得推廣的供熱形式。

（3）確定供熱方案過程中，要統(tǒng)籌建設(shè)條件、資源分析、投資運(yùn)行成本，及節(jié)能設(shè)計(jì)等因素，邊界條件不同，得出的結(jié)論可能恰恰相反，因此需進(jìn)行綜合對(duì)比分析作出判斷，切不可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)盲目選擇。

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