老礦區(qū)供暖系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造研究

王富明

(新汶礦業(yè)集團 協(xié)莊煤礦星光建筑公司，山東 泰安271221)

1 問題的提出

協(xié)莊煤礦建于1962 年，礦區(qū)采暖開始于1984 年。 隨著礦井的發(fā)展， 礦區(qū)供暖面積由最初的不足5 萬m2發(fā)展到60多萬m2，供暖初期只有少數(shù)幾棟低層樓房，其余全部為平房，采用區(qū)域鍋爐房供暖，供暖管網(wǎng)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，設(shè)計布置不合理。 供暖管網(wǎng)老舊，管道腐蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)了管道堵塞和漏水現(xiàn)象。 近端用戶熱水流速快，暖氣過熱，而遠(yuǎn)端用戶由于管道阻力大流速慢甚至不流動，暖氣不熱的現(xiàn)象嚴(yán)重，出現(xiàn)了嚴(yán)重的水力失調(diào)問題而導(dǎo)致了熱力失調(diào)。 不熱用戶大量放水來使暖氣循環(huán)，每天的補水量達500 多m3，使供暖效果雪上加霜。 供暖鍋爐熱效率低，供暖設(shè)備老舊；外網(wǎng)管道保溫使用巖棉和油毛氈，保溫效果差，大量的水資源及熱能和電能白白浪費掉了。 再者缺乏有效的供暖計量收費措施，暖氣費是按住宅的使用面積收取，暖氣過熱用戶都不會主動調(diào)節(jié)暖氣閥門。 上述問題已嚴(yán)重影響到礦區(qū)供暖工作的正常進行。

為了改變這種狀況，自20 世紀(jì)90 年代中期，對供暖方式、供暖管網(wǎng)系統(tǒng)、供暖分戶計量進行了節(jié)能改造。 應(yīng)用了一系列的新設(shè)備、新技術(shù)。 截至去年底，該供暖系統(tǒng)已基本改造完成，取得了較好的節(jié)能效果。

2 由熱電廠集中供暖替代鍋爐房供暖

礦區(qū)供暖系統(tǒng)分為居民區(qū)和辦公區(qū)， 采暖面積達60 余萬m2，其中居民區(qū)55.9 萬m2，辦公區(qū)4.1 萬m2，原由兩個區(qū)域鍋爐房供暖，共安裝8 臺鍋爐，總裝機容量42.4MW。 鍋爐熱效率較低，僅為60%左右，能耗高，廢棄廢渣排放污染環(huán)境嚴(yán)重，設(shè)備維修工作量大，勞動強度高。

該礦于1995 年7 月建成一座自備煤矸石發(fā)電廠， 安裝了三臺75T/h 的循環(huán)流化床鍋爐， 并安裝有抽氣輪機和凝汽輪機。 由于電廠鍋爐熱效率高達90%以上，機械化程度高，與供暖鍋爐比起來能耗大幅度降低，減少環(huán)境污染，符合國家節(jié)能減排的政策。 電廠投用后，在辦公區(qū)建了一處熱交換站。從電廠分汽缸上敷設(shè)了一根D377*8 的蒸汽管路至該換熱站，安裝了換熱面積為45m2的浮頭式換熱器，氣源是從電廠抽汽輪機向外抽氣，抽氣壓力為0.4Mpa,蒸汽溫度為245℃。辦公區(qū)4.1 萬m2的供暖由此換熱站來承擔(dān)。居民區(qū)距離電廠1300 米，敷設(shè)了一根D426*8 的蒸汽管路至居民區(qū)換熱站，安裝了18 臺QCJ-QS-4 型強化供熱節(jié)能型汽水換熱器，每臺換熱面積為56m2。 更新了循環(huán)水泵，選用效率較高的SR150 型熱水循環(huán)泵。 補水系統(tǒng)也進行了升級，用智能穩(wěn)壓膨脹罐進行定壓，帶有自動補水裝置，實現(xiàn)了根據(jù)供暖系統(tǒng)壓力的高低自動進行補水，解決了人工補水壓力忽高忽低供暖系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。 為供暖系統(tǒng)的正常運行和節(jié)能打下了堅實的基礎(chǔ)。

3 供暖管網(wǎng)的節(jié)能改造

由于供暖管網(wǎng)存在這設(shè)計不合理，系統(tǒng)不平衡，管徑偏小，管道老化管道阻力大，管道保溫效果差的問題。 熱源改造完成后，開始對供暖管網(wǎng)進行了改造。 由于枝狀管網(wǎng)布置簡單，金屬耗量小，投資小，運行管理方便，采用了枝狀管網(wǎng)的供暖方式。 對供暖系統(tǒng)進行了合理的分區(qū)，分為靖南區(qū)、旭東區(qū)、霞西區(qū)和仰北區(qū)。 從熱交換站供出的主管徑采用D500 的鋼管，然后進行分支進入四個區(qū)，將原老舊的供暖管線全部拆除，更換為新的管道。這樣大大減小了管道阻力。為了調(diào)節(jié)管網(wǎng)平衡， 在各分支管段和各樓的引入口上均安裝平衡閥，通過計算出每個采暖系統(tǒng)供暖需要的流量，通過平衡閥的測壓水閥與專用智能儀表連接，儀表可顯示出流經(jīng)閥門的流量值，經(jīng)與儀表人機對話后，向儀表輸入該平衡閥處要求的流量值后，儀表經(jīng)過計算分析，得出管路系統(tǒng)達到水力平衡的該閥門的開度值， 然后通過改變平衡閥閥芯與閥座的間隙，改變熱水流經(jīng)閥門的水流阻力，調(diào)節(jié)達到合適的流量。

管道保溫的目的是減少熱損失，使熱水溫降要小，以滿足供暖的要求，同時保證熱媒在循環(huán)過程中不凍結(jié)。 這就要求保溫材料傳熱系數(shù)要小，重量輕，強度高，防水耐溫，聚氨酯材料具有這些特點。 新管網(wǎng)全部采用了現(xiàn)場發(fā)泡的聚氨酯保溫，保護層選用玻璃絲布外刷玻璃鋼漆形成一層堅固的玻璃鋼外殼，使用壽命可達幾十年。 用這種保溫方式，熱損失大大降低，節(jié)能效果顯著。

4 完善分戶供暖和分戶計量

礦區(qū)的建筑物原室內(nèi)供暖系統(tǒng)全部采用上供下回單管垂直順序式熱水采暖系統(tǒng)， 一個單元共用一根采暖立管，一供都供，一停全停，無法進行分戶計量，只能按供暖面積進行收費。 單位面積用熱量多少交費相同，導(dǎo)致了供暖矛盾的突出，而分戶計量是解決熱網(wǎng)平衡的最有效的辦法。

自2012 年起， 從旭東區(qū)開始對室內(nèi)供暖系統(tǒng)進行了改造，實行分戶供暖。 管材選用重量輕，耐腐蝕性能好，水流損失小，安裝方便的PE 管，在入戶供水支管上安裝溫控閥，以實現(xiàn)分戶自動溫控。 在每個房間的回水管路上設(shè)置自力式溫控閥組，通過溫控閥組來設(shè)定室內(nèi)溫度，當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度時，溫控閥的開度關(guān)小，低于設(shè)定溫度時開度則開大。可有效地防止熱力失調(diào)。 同時各用戶入口均安裝BRC 20 型超聲波熱量表，流量傳感器設(shè)在回水管路上。 截至目前共改造完成2000 戶，按用熱量進行收費，這樣用戶出門或者房間溫度過高時自動減小供暖水流量，供暖效果和節(jié)能效果大為改善。

5 新技術(shù)新設(shè)備取代傳統(tǒng)的供暖模式

進入21 世紀(jì)以來，隨著供暖新型節(jié)能設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的供暖模式已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的改變。 水源熱泵技術(shù)作為一項新型的節(jié)能技術(shù)因為具有綠色環(huán)保、 節(jié)能效果好的優(yōu)點，應(yīng)用日趨廣泛。 其制冷系數(shù)COP 可達到3.5,節(jié)能效果可達到30%以上。由于該技術(shù)節(jié)能效果顯著，對礦辦公區(qū)的供暖方式進行了改造。 將礦辦公區(qū)的熱交換站取掉， 安裝了一套WPS420.2B 型單螺桿水源熱泵機組，由麥克維爾中央空調(diào)有限公司濟南分公司生產(chǎn)， 辦公區(qū)房間內(nèi)全部更換為風(fēng)機盤管，夏季為辦公區(qū)41000m2的建筑供冷，冬季為其供暖。 而夏季的冷源和冬季的熱源用礦井-50 水平較為潔凈的礦井水，該水源水溫一直保持在18℃左右， 滿足水源熱泵機組的要求。 運行兩年來，制冷和制熱效果均達到預(yù)期效果。

6 電廠循環(huán)水的應(yīng)用

該自備電廠安裝有凝汽式汽輪機，原來的冷卻方式是用冷卻塔將冷卻汽輪機的循環(huán)水進行冷卻，大量的熱量從冷卻塔進入大氣，造成了極大的能源浪費。 為了利用這部分熱量，2007 年對居民區(qū)熱交換站進行了改造， 取消了該熱交換站。用冷凝機組在供暖期間降低真空度運行的方式，把冷凝器作為熱網(wǎng)的回水加熱器。 用D500 的管道與居民區(qū)供暖管網(wǎng)進行并網(wǎng)，由熱水系統(tǒng)的循環(huán)水向居民區(qū)供暖，以居民區(qū)熱用戶作為冷源。 供熱期間，其供水溫度可達到70℃，回水溫度50℃。 通過采用汽輪機冷卻水供暖模式， 充分利用了冷源損失，熱能利用效率大幅度提高，同時取得了良好的供暖效果。

7 結(jié)束語

綜上所述，以熱電廠為熱源實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，熱能利用效率高；而利用水源熱泵等新技術(shù)、電廠循環(huán)水的綜合利用節(jié)能效果顯著；改造供暖管網(wǎng)，實行供暖分戶計量是改善供暖效果、節(jié)約能源、減少CO2排放的最有效的措施。 同時在以后的供暖改造中，循環(huán)水泵的變頻控制技術(shù)和氣候補償器的應(yīng)用將為供暖節(jié)能工作注入新的活力。 通過供暖節(jié)能改造，改造前每個采暖季平均用標(biāo)煤25000 噸左右。 而改造完成后，采暖熱指標(biāo)大幅度下降，用煤量僅為8856 噸標(biāo)煤，年節(jié)約標(biāo)煤量16144 噸，折合1000 余萬元。 同時節(jié)約了設(shè)備用電和人力物力，減少了大量的CO2排放量，保護了大氣環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

［1］賀平.供熱工程[M].中國建筑工業(yè)出版社.

［2］陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[S].中國建筑工業(yè)出版社.