李 躍

(淮南礦業(yè)集團(tuán)公司新莊孜礦， 安徽淮南232072)

電廠余熱供熱制冷的應(yīng)用
——以淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜礦電廠為例

李 躍

(淮南礦業(yè)集團(tuán)公司新莊孜礦， 安徽淮南232072)

新莊孜礦對(duì)利用電廠余熱進(jìn)行了探索、研究，通過(guò)利用電廠余熱淘汰了原有9臺(tái)4噸鍋爐，避免了擬建的3臺(tái)6噸鍋爐。利用電廠余熱具有減少運(yùn)行人員，減少煤炭消耗，減少煙塵、SO2及氮氧化物排放的優(yōu)點(diǎn)。也保證了冬季用汽高峰供熱。

電廠余熱; 實(shí)施及應(yīng)用; 經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益分析

新莊孜礦是淮南礦業(yè)集團(tuán)首個(gè)利用電廠余熱進(jìn)行制冷供熱的礦井，近幾年來(lái)制冷供熱系統(tǒng)運(yùn)行安全正常，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益。在利用過(guò)程中，我們進(jìn)行了探索、研究。

1 改造前礦供熱及電廠慨況

新莊孜礦當(dāng)時(shí)有2個(gè)鍋爐房，即一號(hào)井鍋爐房和八號(hào)井鍋爐房。一號(hào)井鍋爐房有5臺(tái)4噸快裝蒸汽鍋爐，八號(hào)井鍋爐房有4臺(tái)4噸快裝蒸汽鍋爐，新淮工廣擬建鍋爐房將安裝3臺(tái)6噸快裝蒸汽鍋爐。一號(hào)井鍋爐房負(fù)責(zé)向老工廣小班、招待、女浴池等供洗浴用汽，向行政樓、政工樓、經(jīng)營(yíng)樓、一通三防樓、采掘樓等供采暖用氣；八號(hào)井鍋爐房負(fù)責(zé)向機(jī)運(yùn)樓、新福利樓、井口房等供采暖用汽，向新福利樓供洗浴用汽，向新八號(hào)井井筒防凍供汽；新淮工廣擬建鍋爐房負(fù)責(zé)向新工廣各建筑物供采暖、洗浴、井筒防凍、制冷用汽。由于礦原鍋爐少，每到冬季用汽高峰，只能保證浴池、井筒及個(gè)別辦公樓供熱，導(dǎo)致職工意見(jiàn)大。

新莊孜自備電廠安裝6臺(tái)蒸發(fā)量為75T/h循環(huán)流化床鍋爐，負(fù)責(zé)向3臺(tái)25 MW汽輪機(jī)供汽?？紤]到汽輪機(jī)安全運(yùn)行，電廠蒸汽是過(guò)熱蒸汽，對(duì)礦供汽是汽壓為0.4 MPa、汽溫為300°C部分做過(guò)功的過(guò)熱蒸汽。

洗浴常年供汽，在氣溫變化不大情況下，我礦采暖期從當(dāng)年11月中旬至次年3月底，當(dāng)氣溫低于2°C時(shí)，供井筒防凍用汽。

2 熱冷負(fù)荷及耗汽量計(jì)算

辦公場(chǎng)所室內(nèi)采暖溫度按18°C計(jì)算，浴室室內(nèi)采暖溫度按26°C計(jì)算。浴池及淋浴水溫按40°C計(jì)算，加熱時(shí)間按2小時(shí)計(jì)算。老工廣建筑為磚混結(jié)構(gòu)，新淮工廣建筑為框架結(jié)構(gòu)，采暖熱負(fù)荷按單位體積熱指標(biāo)概算法計(jì)算，集中空調(diào)冷負(fù)荷按建筑面積指標(biāo)概算法計(jì)算。經(jīng)計(jì)算總熱負(fù)荷為20 578.264 kw，詳見(jiàn)表1。計(jì)算總冷負(fù)荷為1 137.72 kw,詳見(jiàn)表2。參照同類型工程，干管及支管熱損失按18 %計(jì)算，蒸汽耗量計(jì)算：

G=3.6Q/I1-I2

其中G為蒸汽耗量(kg/h);Q為耗熱量(w);I1為300°C、0.4 MPa過(guò)熱蒸汽的焓(KJ/Kg);I2為0.02 MPa 飽和蒸汽壓力下冷凝水焓(KJ/Kg)。

熱負(fù)荷考慮網(wǎng)損折算成300°C、0.4 MPa過(guò)熱蒸汽的最大耗汽量為27 t/h，冷負(fù)荷考慮網(wǎng)損折算成300°C、0.4 MPa過(guò)熱蒸汽為1t/h.經(jīng)計(jì)算電廠鍋爐房分氣缸至老工廣選用Dn250管徑、至八號(hào)井選用Dn150管徑、至新淮工廣中央空調(diào)機(jī)房選用Dn250管徑。

3 實(shí)施及應(yīng)用

鋼管在溫度升高較大的情況下強(qiáng)度有下降現(xiàn)象，但在400°C以下可采用20#鋼的無(wú)縫鋼管。電廠鍋爐房至老工廣供熱管選用Φ273*8無(wú)縫鋼管，管長(zhǎng)970 m,材質(zhì)為20#鋼，架空敷設(shè)，供熱管道沿線有國(guó)鐵、礦井600 mm軌道、輸煤棧橋，且之間相距很近，給管道安裝帶來(lái)較大困難，因供熱管道有熱脹冷縮現(xiàn)象，所以不能布置在輸煤棧橋上，以免推倒輸煤棧橋?？紤]到推力大，設(shè)計(jì)時(shí)采用較矮的固定管墩，以減少推力矩。因電廠蒸汽溫度高達(dá)300°C，膨脹量經(jīng)計(jì)算達(dá)3 mm/m,選用補(bǔ)償量150 mm波紋補(bǔ)償器，間距50m布置1個(gè)。蒸汽易泄露，且過(guò)熱蒸汽泄露不易察覺(jué)，一旦泄露，可帶來(lái)嚴(yán)重災(zāi)難，采用以下措施避免泄露，○1管道全線采用焊接且要無(wú)損探傷，只在閥門處采用盤接，○2采用截止閥，且截止閥密封材料可耐400°C高溫，○3采用較高壓力等級(jí)截止閥及法蘭盤。蒸汽溫度高，為降低熱損失，保溫材料選用100mm厚巖棉。電廠鍋爐房至綜采庫(kù)段利用橋架架空敷設(shè)，采用Φ273*8無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為20#鋼，管長(zhǎng)650 m,間距70 m設(shè)1個(gè)無(wú)推力旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器。為了美觀，綜采庫(kù)至新淮工廣段采用Φ273*8蒸汽直埋管沿場(chǎng)前道路邊埋地敷設(shè)，埋深1.5 m，管長(zhǎng)1 250 m，間距50 m設(shè)1波紋補(bǔ)償器，間距150 m設(shè)2根Dn50排潮管。電廠鍋爐房至八號(hào)井采用Φ159*6無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為20#鋼，管長(zhǎng)170 m,架空敷設(shè)，間距70 m設(shè)1個(gè)無(wú)推力旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器。

表1 工廣采暖洗浴井筒防凍熱負(fù)荷計(jì)算表

表2 新淮工廣集中空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算表

供熱管道末端蒸汽壓力溫度有所降低，原供熱系統(tǒng)末端管材為焊管，可以繼續(xù)使用，沒(méi)有改造，原供熱系統(tǒng)散熱器為M132、四柱813及鋼制柱式散熱器，耐壓和溫度都滿足使用，沒(méi)有更換。對(duì)室內(nèi)人員易觸及處的原有管道，用保溫材料包扎，以免人員燙傷。為循環(huán)利用，在新淮工廣熱交換站設(shè)置1臺(tái)20 t鋼制水箱收集冷凝水，用2臺(tái)1.1 kw熱水管道泵把冷凝水泵到補(bǔ)水箱作空調(diào)補(bǔ)水用。在八號(hào)井新福利樓處收集烘干房散熱器冷凝水用以井上下蓄電池電機(jī)車補(bǔ)蒸餾水。

因考慮到以后擬建區(qū)隊(duì)辦公樓、綜合辦公樓、水上餐廳等建筑物的空調(diào)需要，中央空調(diào)選用2臺(tái)1 277 KW制冷量的蒸汽溴化鋰制冷機(jī)組并同時(shí)使用，單臺(tái)機(jī)組最大耗汽量為1.4 t/h。夏季空調(diào)制冷使用蒸汽型溴化鋰制冷機(jī)組，冬季空調(diào)采暖使用汽水板式換熱器。

4 實(shí)施總結(jié)

利用電廠余熱，徹底解決了新莊孜礦冬季供熱緊張問(wèn)題。電廠汽溫高，運(yùn)行及維護(hù)期間要注意安全，避免燙傷。開(kāi)停閥門要緩慢，以免熱漲冷縮劇烈損壞供熱管道。

通過(guò)與波紋補(bǔ)償器使用比較，無(wú)推力旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器具有推力小、補(bǔ)償量大及使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。如煤粉等可燃物應(yīng)距供熱管道達(dá)安全距離，以免引燃可燃物。外包的保溫材料及防潮層必須用不燃性材料。冬季熱負(fù)荷高峰期與夏季熱負(fù)荷低峰期相差較大，夏季分氣缸處壓力達(dá)0.4 MPa,冬季有時(shí)達(dá)不到02 MPa,新莊孜礦在冬季用汽高峰期合理調(diào)度，把各浴池打汽時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，以避峰用汽。

電廠鍋爐用水經(jīng)過(guò)除氧，除鐵，除鹽的，達(dá)純凈水標(biāo)準(zhǔn)，回收冷凝水具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。在新淮工廣中央空調(diào)機(jī)房設(shè)置了一套冷凝水回收裝置，用于代替自來(lái)水作為冷卻用水，既節(jié)約了自來(lái)水，也降低了冷卻系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象， 下一步可以敷設(shè)管道把多余冷凝水輸送至壓風(fēng)機(jī)房及瓦斯泵站冷卻水池。老工及八號(hào)井建筑物為蒸汽采暖系統(tǒng)，可以在較大的建筑物設(shè)置冷凝水收集系統(tǒng)，把收集的冷凝水用泵輸回電廠，以降低用汽成本。如果下一步把浴池直接用汽加熱水改為汽水換熱器間接加熱水，可以回收大量冷凝水，將產(chǎn)生更大經(jīng)濟(jì)利益。

5 經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益分析

淘汰了一號(hào)井及八號(hào)井鍋爐房的9臺(tái)4噸快裝蒸汽鍋爐，取消了擬建的新淮工廣鍋爐房3臺(tái)6噸快裝蒸汽鍋爐，節(jié)約了擬建鍋爐房投資764萬(wàn)元，原有120人的鍋爐隊(duì)撤消，人員并入礦燈房及污水處理廠，每年可節(jié)約工資約600萬(wàn)元，節(jié)約原鍋爐房電耗約140萬(wàn)度。

蒸汽溴化鋰制冷每臺(tái)機(jī)組耗汽量為1.4 t/h，如使用電機(jī)壓縮制冷機(jī)組，按能效比1∶32計(jì)算，主機(jī)需399.1 kw,蒸汽按150 元/t、電費(fèi)按0.75/kwh計(jì)算，每小時(shí)節(jié)約資金89.3元/臺(tái)，維修費(fèi)也低于電機(jī)壓縮冷水機(jī)組。

礦原鍋爐房無(wú)除硫設(shè)施，使用的是旋風(fēng)除塵器，除塵效率只有80 %，電廠使用的是循環(huán)流化床鍋爐，脫硫效果達(dá)85～90 %，氮氧化合物排放濃度較低，除塵效率高達(dá)99.6 %，另外電廠鍋爐燃燒效率高達(dá)95～99 %，原4噸快裝蒸汽鍋爐燃燒效率只有80 %左右。據(jù)環(huán)保部門保守測(cè)算，每年可減少約1 500噸煤炭消耗，可減少43.3噸煙塵、102.25噸SO2及24.92噸氮氧化合物排放。因此利用電廠余熱可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益。

[1] 陸耀慶.供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987.

[2] 楊東.供熱工程[M].北京:中國(guó)水電水利出版社，2016.

[3] 陳理.流體力學(xué)及熱工基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2011.

2017-03-12

李躍(1967-)，男，安徽懷遠(yuǎn)人，工程師，研究方向?yàn)榈V井輔助運(yùn)輸?shù)牟佘囅到y(tǒng)，電話：13855472249。

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