李 躍

(淮南礦業(yè)集團公司新莊孜礦， 安徽淮南232072)

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

李 躍

(淮南礦業(yè)集團公司新莊孜礦， 安徽淮南232072)

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

電廠余熱; 實施及應(yīng)用; 經(jīng)濟及環(huán)境效益分析

新莊孜礦是淮南礦業(yè)集團首個利用電廠余熱進行制冷供熱的礦井，近幾年來制冷供熱系統(tǒng)運行安全正常，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟及環(huán)保效益。在利用過程中，我們進行了探索、研究。

1 改造前礦供熱及電廠慨況

新莊孜礦當時有2個鍋爐房，即一號井鍋爐房和八號井鍋爐房。一號井鍋爐房有5臺4噸快裝蒸汽鍋爐，八號井鍋爐房有4臺4噸快裝蒸汽鍋爐，新淮工廣擬建鍋爐房將安裝3臺6噸快裝蒸汽鍋爐。一號井鍋爐房負責向老工廣小班、招待、女浴池等供洗浴用汽，向行政樓、政工樓、經(jīng)營樓、一通三防樓、采掘樓等供采暖用氣；八號井鍋爐房負責向機運樓、新福利樓、井口房等供采暖用汽，向新福利樓供洗浴用汽，向新八號井井筒防凍供汽；新淮工廣擬建鍋爐房負責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、井筒及個別辦公樓供熱，導致職工意見大。

新莊孜自備電廠安裝6臺蒸發(fā)量為75T/h循環(huán)流化床鍋爐，負責向3臺25 MW汽輪機供汽?？紤]到汽輪機安全運行，電廠蒸汽是過熱蒸汽，對礦供汽是汽壓為0.4 MPa、汽溫為300°C部分做過功的過熱蒸汽。

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

2 熱冷負荷及耗汽量計算

辦公場所室內(nèi)采暖溫度按18°C計算，浴室室內(nèi)采暖溫度按26°C計算。浴池及淋浴水溫按40°C計算，加熱時間按2小時計算。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)，采暖熱負荷按單位體積熱指標概算法計算，集中空調(diào)冷負荷按建筑面積指標概算法計算。經(jīng)計算總熱負荷為20 578.264 kw，詳見表1。計算總冷負荷為1 137.72 kw,詳見表2。參照同類型工程，干管及支管熱損失按18 %計算，蒸汽耗量計算：

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)。

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

3 實施及應(yīng)用

鋼管在溫度升高較大的情況下強度有下降現(xiàn)象，但在400°C以下可采用20#鋼的無縫鋼管。電廠鍋爐房至老工廣供熱管選用Φ273*8無縫鋼管，管長970 m,材質(zhì)為20#鋼，架空敷設(shè)，供熱管道沿線有國鐵、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)計時采用較矮的固定管墩，以減少推力矩。因電廠蒸汽溫度高達300°C，膨脹量經(jīng)計算達3 mm/m,選用補償量150 mm波紋補償器，間距50m布置1個。蒸汽易泄露，且過熱蒸汽泄露不易察覺，一旦泄露，可帶來嚴重災(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段利用橋架架空敷設(shè)，采用Φ273*8無縫鋼管，材質(zhì)為20#鋼，管長650 m,間距70 m設(shè)1個無推力旋轉(zhuǎn)補償器。為了美觀，綜采庫至新淮工廣段采用Φ273*8蒸汽直埋管沿場前道路邊埋地敷設(shè)，埋深1.5 m，管長1 250 m，間距50 m設(shè)1波紋補償器，間距150 m設(shè)2根Dn50排潮管。電廠鍋爐房至八號井采用Φ159*6無縫鋼管，材質(zhì)為20#鋼，管長170 m,架空敷設(shè)，間距70 m設(shè)1個無推力旋轉(zhuǎn)式補償器。

表1 工廣采暖洗浴井筒防凍熱負荷計算表

表2 新淮工廣集中空調(diào)冷負荷計算表

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，沒有更換。對室內(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20 t鋼制水箱收集冷凝水，用2臺1.1 kw熱水管道泵把冷凝水泵到補水箱作空調(diào)補水用。在八號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車補蒸餾水。

因考慮到以后擬建區(qū)隊辦公樓、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1 277 KW制冷量的蒸汽溴化鋰制冷機組并同時使用，單臺機組最大耗汽量為1.4 t/h。夏季空調(diào)制冷使用蒸汽型溴化鋰制冷機組，冬季空調(diào)采暖使用汽水板式換熱器。

4 實施總結(jié)

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

通過與波紋補償器使用比較，無推力旋轉(zhuǎn)補償器具有推力小、補償量大及使用壽命長的特點。如煤粉等可燃物應(yīng)距供熱管道達安全距離，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。冬季熱負荷高峰期與夏季熱負荷低峰期相差較大，夏季分氣缸處壓力達0.4 MPa,冬季有時達不到02 MPa,新莊孜礦在冬季用汽高峰期合理調(diào)度，把各浴池打汽時間錯開，以避峰用汽。

電廠鍋爐用水經(jīng)過除氧，除鐵，除鹽的，達純凈水標準，回收冷凝水具有一定的經(jīng)濟效益。在新淮工廣中央空調(diào)機房設(shè)置了一套冷凝水回收裝置，用于代替自來水作為冷卻用水，既節(jié)約了自來水，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機房及瓦斯泵站冷卻水池。老工及八號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)濟利益。

5 經(jīng)濟及環(huán)保效益分析

淘汰了一號井及八號井鍋爐房的9臺4噸快裝蒸汽鍋爐，取消了擬建的新淮工廣鍋爐房3臺6噸快裝蒸汽鍋爐，節(jié)約了擬建鍋爐房投資764萬元，原有120人的鍋爐隊撤消，人員并入礦燈房及污水處理廠，每年可節(jié)約工資約600萬元，節(jié)約原鍋爐房電耗約140萬度。

蒸汽溴化鋰制冷每臺機組耗汽量為1.4 t/h，如使用電機壓縮制冷機組，按能效比1∶32計算，主機需399.1 kw,蒸汽按150 元/t、電費按0.75/kwh計算，每小時節(jié)約資金89.3元/臺，維修費也低于電機壓縮冷水機組。

礦原鍋爐房無除硫設(shè)施，使用的是旋風除塵器，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85～90 %，氮氧化合物排放濃度較低，除塵效率高達99.6 %，另外電廠鍋爐燃燒效率高達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)濟及環(huán)保效益。

[1] 陸耀慶.供暖通風設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1987.

[2] 楊東.供熱工程[M].北京:中國水電水利出版社，2016.

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

2017-03-12

李躍(1967-)，男，安徽懷遠人，工程師，研究方向為礦井輔助運輸?shù)牟佘囅到y(tǒng)，電話：13855472249。

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