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        工礦企業(yè)余熱資源利用的探索與實踐

        2021-08-16 10:38:38張娜張彥禹楊振瑞
        化工管理 2021年22期
        關(guān)鍵詞:電鍋爐熱能空壓機

        張娜,張彥禹,楊振瑞

        (1.潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 長治 046204;2.山西常村大成節(jié)能有限責(zé)任公司,山西 長治 046204)

        0 引言

        工礦企業(yè)在生產(chǎn)生活過程中,建筑供暖、職工洗浴、衣服烘干等均需大量熱能,企業(yè)往往采用燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、電鍋爐等制熱系統(tǒng),不僅建設(shè)及運行成本高,而且在大量能源消耗的同時污染物大量排放,污染環(huán)境。與此同時,企業(yè)生產(chǎn)過程中往往伴隨著大量的余熱資源,由于不被重視,全部被白白地浪費到大氣中,比如:空壓機余熱、瓦斯泵站余熱、主提升機余熱、礦井水余熱以及廠區(qū)空氣余熱等,充分利用會產(chǎn)生極大的社會和經(jīng)濟效益。

        1 常規(guī)制熱系統(tǒng)的弊端

        傳統(tǒng)制熱系統(tǒng)為燃煤、燃氣、電鍋爐等,燃煤、燃氣鍋爐修建分別需要給煤機、引風(fēng)機、鍋爐、純水系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、給水泵等,投資巨大;同時系統(tǒng)運行需要消耗大量煤炭、燃氣、電量、人工、配件等,導(dǎo)致運行成本較高,企業(yè)負擔(dān)較重;燃煤、燃氣的使用會導(dǎo)致大量氮氧化合物及硫化物產(chǎn)生,同時二氧化碳的排放導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇[1]。電鍋爐使用首要條件就是電負荷滿足,往往因電負荷不足導(dǎo)致建設(shè)成本上升;其次電鍋爐運行消耗大量電能,運行成本較高;加之電鍋爐本身運行安全問題不容忽視。

        2 工礦企業(yè)綜合余熱利用背景

        國內(nèi),工礦企業(yè)節(jié)能環(huán)保行動相對較遲,近年來,隨著國家不斷對鍋爐淘汰政策的落實,各企業(yè)對如何利用新能源解決環(huán)保問題成了一個發(fā)展的必然之路。以空壓機余熱、電機余熱、礦井水余熱、瓦斯泵站水環(huán)真空泵余熱等為代表的余熱資源被不斷挖掘利用,技術(shù)革新也不斷進步,通過獲取余熱資源滿足企業(yè)洗浴、供暖乃至衣服烘干等生產(chǎn)所需。但大部分研究領(lǐng)域單一,主要以自有產(chǎn)品和自有技術(shù)為主,未形成余熱資源全覆蓋的提取利用規(guī)模;市場多采用賣設(shè)備、做工程的合作模式,系統(tǒng)節(jié)能效益的保障和持久性較差。放眼世界,余熱資源的充分利用體現(xiàn)的更為直觀,土壤富含的熱能、生活污水富含的熱能、空氣富含的熱能等,多角度多方面進行余熱深挖,通過熱泵技術(shù)、熱管技術(shù)、有機朗肯技術(shù)等將以往忽略的熱能全部利用,真正實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[2]。工礦企業(yè)目前對綜合余熱利用方面的研究還不完善,本項目的研究以此為背景,結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ),通過對綜合余熱資源系統(tǒng)提熱、換熱、供熱的研究,利用電控自動化、5G大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實現(xiàn)無人值守智能化運行,達到了較好的環(huán)境和經(jīng)濟效益。

        3 工礦企業(yè)綜合余熱利用實踐研究

        3.1 企業(yè)余熱資源分析

        通過對余熱現(xiàn)場情況進行調(diào)研,空壓機在運行過程中產(chǎn)生的高溫油通過冷卻風(fēng)扇將熱量釋放到大氣中,通過余熱回收裝置可將油中熱能提取利用;瓦斯抽采使用水環(huán)真空泵在運行過程中需要水形成真空,水由于壓縮及泵體自身發(fā)熱等因素導(dǎo)致溫度上升,常依靠冷卻塔降溫,以保證系統(tǒng)正常運行,礦井水經(jīng)提升泵升井后,通過沉淀、反洗等工藝,達到地表三類水后外排,四季溫度均勻維持在13 ℃左右,可通過熱泵技術(shù)提取熱能來補充熱源;瓦斯發(fā)電機組運行過程中會產(chǎn)生60 ℃的高溫缸套水和400~500 ℃的高溫?zé)煔猓释ㄟ^專用換熱設(shè)備提取其熱能。

        同時,根據(jù)對余熱資源的提取利用進行了綜合分析,將余熱資源劃分為三個階梯,具體如下:

        第一階梯:余熱資源量大、品質(zhì)高、易回收。以空壓機余熱、瓦斯發(fā)電機缸套及煙氣余熱為例;第二階梯:余熱資源量大、品質(zhì)不高,需專業(yè)技術(shù)進行回收利用。以礦井水、空氣余熱為例;第三階梯:余熱資源量較低、品質(zhì)不高,需專業(yè)技術(shù)進行回收利用。以瓦斯泵站余熱、土壤層余熱為例。針對不同類別的余熱資源,結(jié)合實際情況,在不影響設(shè)備正常生產(chǎn)的前提下,通過熱能守恒定律對設(shè)備進行了余熱改造,實現(xiàn)企業(yè)全年職工洗浴熱水、冬季建筑供暖及井筒保溫,既滿足了生產(chǎn)需要,又充分利用了余熱資源,達到余熱綜合利用和節(jié)能降耗的目標。

        3.2 企業(yè)用熱情況分析

        工礦區(qū)??咳济哄仩t或燃氣鍋爐供職工洗浴、供暖等,用熱負荷大,品質(zhì)要求高,運行成本高。經(jīng)測算,某礦井進風(fēng)量為15 000 m3/min的井筒,按照最低溫度零下18 ℃考慮,則井口冬季防凍所需的熱負荷最高為6 500 kW[3]。辦公區(qū)域總供暖面積按照15 000 m2計算,工業(yè)供暖熱負荷指標80 W/m2計算,總計需(15 000×80)/1 000=1 200 kW熱負荷。澡堂日需洗浴用水為30 m3,按照產(chǎn)水時間10 h,熱負荷為100 kW。綜上,總需熱負荷為7 800 kW。

        3.3 余熱綜合利用技術(shù)

        通過設(shè)計余熱資源提取方案,將不同區(qū)域熱能進行綜合利用,重點解決熱量配置與企業(yè)需求相匹配的問題,并實現(xiàn)產(chǎn)供熱智能化運行,主要設(shè)備與回收熱能測算如表1、表2所示。

        表1 主要設(shè)備與技術(shù)列表

        表2 回收熱能測算

        3.4 取得的經(jīng)濟效益

        余熱綜合利用,預(yù)計一年可節(jié)省燃煤燃氣鍋爐、電鍋爐等運轉(zhuǎn)費用、折舊費用、檢修費用及配件費用等,共計370余萬元。減少礦區(qū)燃氣使用量每年至少120萬立方米,年節(jié)約標煤2 500 t,減排二氧化碳6 500 t。

        4 本項目的先進性總結(jié)

        本項目的研究主題為余熱綜合利用,以節(jié)能降耗為宗旨,對能源進行二次利用,余熱綜合利用根據(jù)冷熱交換的原理,將空壓機運行中的高溫?zé)嵊停V井水以及瓦斯泵站余熱、瓦斯發(fā)電機組煙氣及缸套水收集利用起來,將水加熱至預(yù)設(shè)溫度,供給職工洗浴及供暖。通過對余熱資源的綜合分析,掌握了針對不同余熱提熱、換熱、利用的技術(shù),獲得了包含智能識別優(yōu)先用水裝置、熱水出水裝置、熱能回收高效節(jié)能循環(huán)保溫系統(tǒng)、雙保險水位控制保溫水箱、螺桿式空氣壓縮機熱能回收利用節(jié)能系統(tǒng)等多項專利成果。

        4.1 煙氣回收母管分支互鎖設(shè)計

        將多臺瓦斯發(fā)電機組的煙道匯總至母管,母管采用兩路三通閥設(shè)計,一路直排大氣,一路輸送至余熱回收裝置,兩路均安裝電動執(zhí)行閥,通往余熱回收裝置的電動執(zhí)行閥與引風(fēng)機自鎖,實現(xiàn)了系統(tǒng)運行時直排大氣的電動閥關(guān)閉,引風(fēng)機及所配套的電動閥打開;系統(tǒng)停止時,引風(fēng)機及所配套的電動閥關(guān)閉,直排大氣的電動閥打開,煙氣直排大氣中。

        4.2 空壓機余熱回收裝置溫控調(diào)節(jié)技術(shù)

        在余熱回收裝置內(nèi)安裝溫控閥,在空壓機冷啟動時,油路經(jīng)溫控閥回到機組,增加回油速率,減少軸承磨損;在油溫上升到設(shè)置溫度時,溫控閥芯打開,高溫潤滑油經(jīng)余熱回收機組充分提熱后回到空壓機,保證空壓機的運行溫度。

        4.3 礦井水高效取熱技術(shù)

        利用引水管從沉淀池母管和蓄水池處分別取水至熱泵系統(tǒng),一方面保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,同時增加了余熱的提取效率。

        4.4 多品位熱源定向利用技術(shù)

        將中品位的熱源經(jīng)換熱后供洗浴和建筑供暖,將高品位的熱源換熱后供井筒保溫,將低品位的熱源作為建筑供暖回水補熱系統(tǒng)或通過熱泵技術(shù)將低品位熱源提升至中品位,供洗浴或建筑供暖。

        4.5 低品位熱源井筒保溫技術(shù)

        采用冷熱風(fēng)環(huán)形配比設(shè)計,在井口四周均勻布置熱風(fēng)機,使熱風(fēng)與冷風(fēng)充分配比后,以旋流式吸入井口,保證井筒四周溫度均勻。

        4.6 無人值守智能化運行系統(tǒng)

        采用PLC智能化控制系統(tǒng),將系統(tǒng)中所有的水泵、電動閥做聯(lián)控設(shè)計,在所有的供回水管路均加裝溫度、壓力等監(jiān)測點,根據(jù)客戶的使用情況,定制化設(shè)計,實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化運行。

        5 展望

        該項目建成后可以大幅度降低工礦企業(yè)自用煤消耗量、燃氣消耗量、高昂的電費及其他費用,減少空氣污染,同時降低瓦斯發(fā)電機組、瓦斯泵、空壓機等機點設(shè)備運行溫度,保障設(shè)備正常運轉(zhuǎn),主要技術(shù)也達到國內(nèi)先進水平,將持續(xù)在企業(yè)中進行應(yīng)用推廣。

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