周新朋

摘 要：北方礦區(qū)工業(yè)場地的礦井乏風和地下涌水是理想的低溫余熱資源，本文結合某工程，通過對燃氣鍋爐、電鍋爐（蓄熱）、余熱利用三種方案進行技術經濟及節(jié)能評價等綜合分析，提出供熱方案選擇的合理化建議。

關鍵詞：燃氣鍋爐;電鍋爐（蓄熱）;余熱利用;乏風熱泵;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、高負荷的生產系統用熱，也有僅需低品位熱源、負荷較低的生產生活用熱需求。

對于高品位、高負荷加熱系統，礦區(qū)通常采用燃煤或燃氣蒸汽鍋爐供熱，供熱形式相對成熟單一，而對于低品位供熱需求的生產生活用熱而言，熱源的選擇空間較大，也是供熱方案確定的難點，本文結合某工程，重點對礦區(qū)低品位供熱需求的生產生活供熱方案進行研究分析。

一、負荷分析

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。該工程井筒保溫熱負荷6.2MW。供熱介質為0.3MPa飽和蒸汽或50/40℃熱水。

（2）供暖

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

（3）生活熱水

工業(yè)場地內生活熱水負荷2.44MW，供熱介質采用50℃熱水。

熱源年運行時間均365d，工作制度為每天3班作業(yè)，采暖季144天，日運行時間16h，非采暖季221天，日運行時間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，設置燃煤鍋爐進行供熱，當地環(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行供熱。

2.2燃氣

該礦井工業(yè)場地無燃氣管網，但可通過建設儲氣站的方式解決供氣問題。

2.3電力

工程現狀設置35kV變電站1座，變電站主變容量2×20.0MVA，負荷約14MW～15MW，兩臺主變同時運行，主變負荷率約在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，如礦井乏風余熱、地下涌水余熱等。

（1）礦井乏風：回風井總回風量為133.4m?/s，出風溫度為10℃，相對濕度為60%，風量大且穩(wěn)定，單位風量余熱量約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 技術方案

通過資源分析，本工程可采用燃氣鍋爐、電鍋爐（蓄熱）和熱泵技術等多種供熱方案。

3.1燃氣鍋爐方案

配置2x10t/h燃氣蒸汽鍋爐，供熱0.3MPa飽和蒸汽，在鍋爐房內設置汽-水換熱器。裝機規(guī)模如下（水泵、化水、管道等不詳列）：

燃氣蒸汽鍋爐：D=10t/h? P=1.0MPa? 效率93%，2臺;

汽水換熱器：3臺;

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;

板式換熱器：4臺;

蓄熱水箱：1800m3，1.0MPa，2個;

3.3 余熱利用

由2.4節(jié)余熱資源分析可知，礦井乏風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熱泵機組，將低溫余熱提升品位后滿足礦區(qū)的供熱需求，裝機規(guī)模如下（水泵、化水、管道等不詳列）：

涌水源高溫熱泵機組（供暖）：1220kW 蒸發(fā)側13/4℃，1.0MPa;供熱側70/60℃m，1.0MPa，4臺;

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

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

乏風取熱器：額定風量30000m3/h，乏風參數10℃，相對濕度60%，出風3℃，相對濕度95%，3臺。

4 經濟及節(jié)能分析

4.1投資對比分析

三種供熱方案的投資（含土建及安裝，不含預備費及二類費用）分別為：

（1）燃氣鍋爐：1000萬元;

（2）電鍋爐：2143萬元;

（3）熱泵供熱：1516萬元。

4.2運行成本及敏感性分析

（1）年運行成本

1）余熱利用方案：1204.39萬元/年;

2）燃氣鍋爐方案：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）燃氣鍋爐方案：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。

針對單個方案而言，人力成本和維修成本相對變化不大，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）燃氣鍋爐方案：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。

在供熱負荷相同的條件下，選用何種方案，需統籌兼顧投資、運行成本、建設條件、節(jié)能設計等因素，就本工程而言，若僅考慮投資及經濟性，顯然燃氣鍋爐方案是最合適的，但由于項目無燃氣管網，且無建設燃氣儲氣站的位置，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，另一方面相對電鍋爐方案，余熱利用方案的投資和運行成本都具有較大優(yōu)勢。

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

5 結論及建議

（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踐經驗。

（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，要統籌建設條件、資源分析、投資運行成本，及節(jié)能設計等因素，邊界條件不同，得出的結論可能恰恰相反，因此需進行綜合對比分析作出判斷，切不可根據經驗盲目選擇。

參考文獻

[1]彭兆勇.乏風余熱利用工程在劉莊煤礦西區(qū)的應用.山西科技，2019（3）：128-132

[2]顏琳.某礦井乏風熱泵系統工程應用.建筑工程技術與設計，2018（6月中）

[3]蔡新國，陳國，曹豐平.一種水循環(huán)高效礦井乏風熱泵系統應用研究，區(qū)域供熱，2016（3）：88-89.

[4]姬洵，孫瀟，權犇，刁乃仁.利用水源熱泵全面回收礦井排風中的余熱資源.建筑節(jié)能，2010（38）：8.