煤炭企業(yè)應用清潔能源替代燃煤鍋爐項研究

李夢哲

摘 要：開灤唐山礦業(yè)分公司，是開灤集團所屬的大型主力生產礦井之一，始建于1878年，至今已有130多年的歷史，現(xiàn)有員工8500多人，近十年來，原煤產量始終保持在400萬噸/年左右的高位水平。員工更衣室洗浴用熱現(xiàn)有熱源為燃煤鍋爐，按照唐山市整治燃煤鍋爐的相關文件精神，燃煤鍋爐要求停用改用清潔能源。通過對礦井水余熱、空壓機余熱、太陽能等清潔能源的調研分析和數(shù)據(jù)測算，確定投資少、見效快的洗浴用熱方案，保證職工洗浴用熱。項目實施后，不但現(xiàn)有余熱資源得到了充分利用，而且停用燃煤鍋爐，達到實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

關鍵詞：清潔能源；熱源；管網(wǎng)規(guī)劃

一、工作定位

在唐山礦業(yè)公司A、B區(qū)實施水源熱泵這一清潔能源技術，合理開發(fā)利用我公司豐富的礦井水資源，用于員工洗浴、夏季宿舍空調和冬季井口暖風，給企業(yè)員工創(chuàng)造良好的生產和生活環(huán)境，是我公司大力推進科學發(fā)展工業(yè)園區(qū)建設，實現(xiàn)公司轉型發(fā)展目標的重要組成部分，最終目標是通過大力推進循環(huán)經濟與新技術應用，把山礦建設成循環(huán)經濟型礦井。

二、總體思路

我公司A、B區(qū)男、女更衣室全年都有洗浴熱水需求，熱水供應量2260噸/天。冬季B區(qū)井口暖風和夏季A區(qū)職工宿舍降溫也需要一定的用能需求。目前A、B區(qū)均采用燃煤熱水鍋爐供熱，沒有夏季降溫措施，為了減輕節(jié)能減排的壓力以及滿足職工宿舍夏季空調的需要，擬采用礦井水水源熱泵系統(tǒng)來滿足上述冷熱需求。礦井污水經泵房排至地面經凈化水廠做處理后，首先應用水源熱泵技術提取其中熱能進行綜合利用，實現(xiàn)建筑物及井口的采暖和洗浴熱水，可以節(jié)約大量能源，也能減少污染物排放。提取完能量的礦井水水質和水量并沒有改變，仍然可以保證我公司本身生產工業(yè)用水。

三、可行性分析與規(guī)劃設想

我公司擁有豐富的礦井水資源，礦井涌水量每小時約1200m3，水溫20℃左右，非常適用于水源熱泵的應用，目前大部分礦井水并未加以利用而白白排放掉。礦井水水源熱泵系統(tǒng)運行簡單、效率高，與常規(guī)燃煤鍋爐相比節(jié)能減排效果明顯。A區(qū)中央鍋爐房建造年代久遠，熱源效率低，熱網(wǎng)損失大，系統(tǒng)設計落后，能源浪費嚴重，運行費用居高不下，尤其是污染物排放超標，并且早已達到設計使用年限，存在較大的安全隱患，急需改造，在A區(qū)率先應用水源熱泵技術尤為必要。水源熱泵技術在國內已日趨推廣，在集團公司內部，如范各莊礦、呂家坨礦和礦山公園等單位已投入使用，并取得了較好的效果。它具有高效、節(jié)能、經濟、環(huán)保、安全等優(yōu)點。它的特點如下：

1、利用1KW的能量可供60～100平方米的面積取暖、制冷。

2、能量輸入與輸出之比：供熱狀態(tài)約1：4.2，制冷狀態(tài)約1：5.8。

3、初投資是其他中央空調的2/3～4/5。

4、使用過程中不釋放任何對環(huán)境有害的氣體，不破壞水

資源。

5、不存在任何爆炸、燃燒的安全隱患，操作簡單、運行穩(wěn)定可靠、適用面廣。

（一）A區(qū)水源熱泵規(guī)劃設想

A區(qū)利用水源熱泵提取礦井水的余熱資源，用于加熱洗浴用水和夏季為職工宿舍提供冷氣。

1、A區(qū)職工浴室和宿舍樓現(xiàn)狀

我公司A區(qū)職工浴室通過中央鍋爐房高溫熱水和礦井凈化水，經混合到一定的溫度，來滿足職工洗浴。A區(qū)男浴室（簡稱大更）現(xiàn)有地下混凝土水池4個，每個水池約30立方，共120立方；女更保溫水箱正常蓄洗浴水15立方；大更樓上的蓄水箱有3個，分別為25立方、20立方、20立方，共65立方。A區(qū)職工浴室洗浴水蓄水能力共計為200立方。

A區(qū)職工4700人左右，按照每人每次洗浴用水0.2m3計算，每天淋浴用水量940m3，池浴水池近30m3，按每個池浴水池2次換水計算，大約需用水量為60m3，全天淋浴及池浴洗浴水共計1000m3。熱泵系統(tǒng)的設計加熱能力應保證滿足職工洗浴最大用水量并留有余量。

設計計算參數(shù)

全年洗浴總天數(shù)：365天洗浴水溫度：45℃

礦井水溫度：20℃洗浴用水原始溫度：20℃

洗浴水用量：0.2t /人次

全天設計用水量（45℃）：1000立方米

二休宿舍樓（不包括4層辦公區(qū)）共3層，每層長60米，寬18米，共3240平米；1#、2#、5#、8#宿舍樓每棟為3層，每層長52米，寬18米，4幢共11232平米；6#、7#宿舍樓每棟為3層，每層長60米，寬18米，共3240平米。九棟宿舍樓共有542間職工宿舍，總建筑面積為17712平米。夏天，為充分利用機組的冷負荷，實現(xiàn)“一機二用”，即在獲得洗浴水的同時，通過增加管路設施，把冷卻水輸送到宿舍樓，實現(xiàn)住宿職工夏季冷氣的要求。

2、實施方案

2.1熱源選擇

有三種方案可供選擇：一是從洗浴后的廢水中提取余熱，但是洗浴后的廢水和生活污水混合排入污水蓄水池，分開有一定的難度，故另考慮其它的余熱資源。二是使用社區(qū)凈化水廠處理過的礦井水，水量大，水溫比較穩(wěn)定，而且水質良好，缺點是用水成本較高。三是把9道巷和11道巷泵房排出的礦井水經洗煤凈化水廠做處理后，利用熱泵技術，加熱后作為洗浴用水。但該水廠處理能力有限，可能不能滿足熱泵的需要。

2.2機房選址

經實地勘查，我們把水源熱泵機房的位置初步確定在洗煤凈化水廠西側。此處做機房選址，既不影響礦山公園的規(guī)劃又臨近供水管道，取水的距離短，換熱方便。

2.3管網(wǎng)規(guī)劃

員工洗浴部分準備充分利用更衣室內的原有設備和管路，如三處的洗浴水蓄水池：大更地下的120立方混凝土水池、女更的15立方保溫水箱，大更樓上的65立方不銹鋼蓄水池，更衣室內的管路也基本保持不動。

職工宿舍夏季空調需要鋪設從水源熱泵機房到宿舍區(qū)的室外管網(wǎng)，安裝組合式空調機組、末端用戶設備等設備設施。

（二）B區(qū)水源熱泵規(guī)劃設想

B區(qū)主要是利用水源熱泵加熱洗浴用水和冬季為九、十號井提供井口暖風防凍。目前，B區(qū)實施水源熱泵技術的瓶頸問題是礦井水排放量不足，缺少礦井水處理廠。隨著科學發(fā)展工業(yè)園區(qū)建設的逐步深化，公司積極、穩(wěn)妥地推進了礦井水處理工程：A區(qū)向B區(qū)調水工程正在進行，A區(qū)11水平為調水服務的蓄水池工程已經完工，輸水路線與方案已經確定，準備鋪設管路。705泵房直排工程按照計劃快速實施，機械部分已經基本安裝完畢，完成了10道水閘墻、支筑電纜溝、泵房打底、調修軌道等各項配套工程。電控設備已通過驗收，井上管路基本安裝完畢，目前開始鋪設高壓電纜和電氣設備的安裝工作，預計到4月底可以實現(xiàn)排水。B區(qū)新建凈化水廠工程正在進一步細化方案，待集團公司批準后盡快施工建設，爭取年內投入使用。上述礦井水處理工程為B區(qū)實施水源熱泵技術創(chuàng)造了有利條件。

1、B區(qū)職工浴室現(xiàn)狀

B區(qū)職工浴室通過風井鍋爐房熱水經換熱后，來滿足職工洗浴需求。B區(qū)男、女浴室各有一個保溫水箱，每個約25立方，共50立方；東小更保溫水箱最大容積為20立方，干更蓄水箱約40立方。B區(qū)職工浴室洗浴水蓄水能力共計為110立方，蓄水量偏低，需要循環(huán)開泵蓄水。

B區(qū)職工5500人左右，按照每人每次洗浴用水0.2m3計算，每天淋浴用水量1100m3，池浴水池近80m3，按每個池浴水池2次換水計算，大約需用水量為160m3，全天淋浴及池浴洗浴水共計1260m3。

設計計算參數(shù)：

全年洗浴總天數(shù)：365天洗浴水溫度：45℃

礦井水溫度：20℃洗浴用水原始溫度：20℃

洗浴水用量：0.2t /人次

全天設計用水量（45℃）：1260立方米

2、實施方案

2.1熱源選擇

把705泵房排出的礦井水經新建凈化水廠處理后，利用熱泵技術，加熱后做為洗浴用水。

2.2機房選址

由于B區(qū)工業(yè)廣場的整體規(guī)劃還沒有最后確定，機房選址待定。我們初步把水源熱泵機房的位置暫定在新建凈化水廠附近，便于取水，成本較低。

2.3管網(wǎng)規(guī)劃

B區(qū)水源熱泵管網(wǎng)受到B區(qū)整體規(guī)劃的影響很大。如綜合樓不拆除，員工洗浴準備利用更衣室內的原有設備和管路；如果新建大型更衣室，則需要重新鋪設管路。

B區(qū)水源熱泵在采暖期供應井口暖風需要重新鋪設管路，安裝空調主機。礦井口和巷道送風的室外計算溫度為-21℃，井口處的送風溫度不得小于2℃。采暖時間為本年的11月15日至翌年的3月15日，采暖期120天，與民用建筑采暖期相同。

四、方案優(yōu)化

水源熱泵系統(tǒng)是利用水源熱泵提取礦井水中的熱量，該系統(tǒng)可以全年正常運行，不會受外界環(huán)境影響。能效比遠遠高于燃煤、電等常規(guī)能源方式，運行費用也較高。

為進一步降低水源熱泵的運行成本，兩個區(qū)域的職工洗浴項目可以利用太陽能作為補充。使用太陽能的優(yōu)點是運行費用低，缺點是應用太陽能需要較大的場地來安裝太陽能集熱器，還應有較大的儲熱水箱，另外天氣情況對太陽能集熱系統(tǒng)有很大的影響，如遇連續(xù)陰雨天氣，會導致系統(tǒng)無法滿足職工洗浴需求。

本規(guī)劃可以做以下優(yōu)化：以水源熱泵機組提熱為主，增加太陽能輔助供熱。實際安裝時，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇盡量大的太陽能集熱器面積。隨著太陽能吸收熱量的增加，水源熱泵機組的用電量會相應的減少。無論天氣如何，在不影響職工洗浴的情況下，最大程度的降低系統(tǒng)的運行費用，充分的節(jié)能減排。