清潔能源供熱系統(tǒng)在民爆器材工廠的應(yīng)用

李 諍,朱正弟,呂 苗

(麻城凱龍科技化工有限公司,湖北 麻城438300)

0 引言

當(dāng)前,我國大氣污染形勢嚴(yán)峻,以可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物為特征污染物的區(qū)域性大氣環(huán)境問題日益突出。 隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,能源消耗持續(xù)增加,大氣污染防治壓力繼續(xù)加大。為切實改善空氣質(zhì)量,國務(wù)院制定了大氣污染防治行動計劃。 提出全面整治燃煤小鍋爐[1],加快推進(jìn)“煤改氣”、“煤改電”工程建設(shè),基本淘汰16 t/h 及以下的燃煤鍋爐,推廣應(yīng)用高效節(jié)能環(huán)保型鍋爐。按照國家發(fā)展改革委員會、國家能源局等8 個部局聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)電能替代的指導(dǎo)意見》,在電網(wǎng)接入、峰谷電價、直接交易等方面對電能替代企業(yè)給予支持政策。

我國的民爆器材工廠的生產(chǎn)鍋爐蒸發(fā)量大多在10 t 以內(nèi),在當(dāng)前的環(huán)保形勢下,必須要做出改造升級以滿足生產(chǎn)和環(huán)保的要求。 根據(jù)國務(wù)院及地方政府的要求,燃煤鍋爐必須限期采用燃?xì)忮仩t,電鍋爐或生物質(zhì)燃料鍋爐代替。 為了滿足環(huán)保要求和經(jīng)濟(jì)合理性,本文對麻城凱龍科技化工有限公司原有的4 t 臥式鏈條式燃煤鍋爐供熱系統(tǒng)與3 t燃?xì)忮仩t、3 t 生物質(zhì)燃料鍋爐、純電鍋爐和清潔能源供熱系統(tǒng)進(jìn)行對比分析,選擇運行可靠、經(jīng)濟(jì)合理的方式進(jìn)行改造升級。

1 供熱參數(shù)核算

公司在運行的鍋爐為2007 年安裝的4 t 鏈條式燃煤鍋爐1 臺。 日運行時間16 h,鍋爐工2 人,鍋爐輔助設(shè)備功率約44 kW。 鍋爐房到制藥工房距離280 m,供汽管道外徑377 mm(含保溫層),管道長度約400 m。 生產(chǎn)區(qū)有改性銨油炸藥生產(chǎn)線一條,年生產(chǎn)改性銨油炸藥1.2 萬t。 生產(chǎn)用汽主要在制藥工房和返工品處理工房。 浴室、更衣間和烘衣房暖氣每天需60 ℃的熱水20 t,返工品處理工房要求65 ～85 ℃的熱水循環(huán)保溫,制藥工房生產(chǎn)工藝要求130 ～150 ℃熱風(fēng),風(fēng)量最大13 000 m3/h,即需0.40 ～0.55 MPa 蒸汽供熱,生產(chǎn)區(qū)員工淋浴每天100 人次,人均用50 ℃熱水240 kg,故每天需50 ℃熱水總量24 t;生產(chǎn)及生活用熱年均使用251 d,日運行8 ～16 h。

根據(jù)車間實際使用蒸汽時間和蒸汽流量表記錄數(shù)據(jù)核算,生產(chǎn)及員工生活用熱年需總熱量詳見表1(不考慮管路損耗):

表1 生產(chǎn)區(qū)用熱情況統(tǒng)計表

2 采用不同能源供熱對比

查閱水密度和熱晗值表及相關(guān)資料,0.6 MPa飽和蒸汽熱焓為658.50 kcal/kg;鍋爐補(bǔ)水溫度年平均為20 ℃,即20 kcal/kg。 天然氣熱值按低位發(fā)熱值為8 000 kcal/m3計算,燃煤發(fā)熱量按6 500 kcal/kg 計算[2],采用不同能源的供熱系統(tǒng)對比情況見表2。

表2 采用不同能源供熱系統(tǒng)對比

根據(jù)表2 統(tǒng)計的數(shù)據(jù)分析,純電鍋爐成本最高,而且對變壓器容量也有更高的要求,不滿足改造的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。 天然氣鍋爐和生物質(zhì)燃料鍋爐運行成本相差不大,但由于目前市場的生物質(zhì)燃料成分復(fù)雜,燃燒排放仍然存在超標(biāo)隱患。 天然氣鍋爐運行相對可靠,但由于民爆器材生產(chǎn)廠區(qū)大多比較偏遠(yuǎn),天然氣供氣管道一般很難直接到達(dá)廠區(qū),如采用天然氣鍋爐必須設(shè)置LNG 氣站,由于內(nèi)部安全距離的要求,LNG 氣站的建設(shè)地點也很難確定,同時也會帶來新的危險源,所以,以上三種鍋爐供熱方式都不是理想方案。

3 清潔能源系統(tǒng)

本文講述的清潔能源系統(tǒng)為采用空氣源熱泵、導(dǎo)熱油爐系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器替代燃?xì)?、燃煤鍋爐的供熱系統(tǒng)。 空氣源熱泵傳熱工質(zhì)是一種特殊物質(zhì),常壓下其沸點為-40 ℃,凝固點為-100 ℃以下,該物質(zhì)冷的時候是液體,蒸發(fā)極限溫度為-20 ℃左右[3-4]。 因此,在低溫環(huán)境下也能正常工作。 其工作原理見圖1。 根據(jù)生產(chǎn)車間用熱的實際情況,空氣源熱泵可以按生產(chǎn)需要做分布式安裝,減少管路損耗,提高供熱效率。 由于生產(chǎn)區(qū)供熱點距離較遠(yuǎn),根據(jù)各用熱單元的實際用汽用熱量,將供熱系統(tǒng)分為三個部分,制藥工房,返工品處理工房和浴室。 浴室用熱包括洗澡熱水和暖氣以及衣物烘干房。 清潔能源系統(tǒng)運行費用核算見表3。

圖1 空氣源熱泵熱水系統(tǒng)工作原理圖

表3 清潔能源系統(tǒng)運行費用核算表

根據(jù)表3 核算可以看出,雖然清潔能源供熱系統(tǒng)運行成本最低,但燃?xì)夂蜕镔|(zhì)燃料鍋爐系統(tǒng)運行仍需要2 名鍋爐工和鍋爐維護(hù)管理費用,同時還會產(chǎn)生燃燒廢氣和廢渣,對于環(huán)保改造來說,不符合最終目標(biāo)。 同時,生物質(zhì)燃料品質(zhì)也難以保證[5],燃燒排放存在潛在隱患。

蒸汽管網(wǎng)熱損與管道及保溫材料的熱導(dǎo)率有關(guān)[6],但蒸汽壓力、溫度和流量是決定管道各處溫度的主要影響參數(shù),由于原鍋爐房和生產(chǎn)工房距離遠(yuǎn),供汽管道長,蒸汽損耗量較大,清潔能源供熱系統(tǒng)則采用專用保溫管路和縮短供汽距離有效地解決了熱量損耗問題。

4 實際運行費用核算

該公司清潔能源供熱系統(tǒng)投入使用后,連續(xù)一年多正常運轉(zhuǎn)無故障,根據(jù)2018 年3 月份和8 月份車間實際繳納電費情況,核算清潔能源供熱系統(tǒng)實際運行電費。

3 月份生產(chǎn)車間電費為:81 740.91 元,產(chǎn)量1 331.45 t。

8 月份生產(chǎn)車間電費為:208 641.76 元,產(chǎn)量1 290.775 t。

3 月份采用燃煤鍋爐生產(chǎn),8 月份采用清潔能源供熱系統(tǒng)生產(chǎn),故兩個月的電費差額基本就是清潔能源的用電費用,8 月份辦公室和包裝工房空調(diào)用電費用大約為1.5 萬元。

208 641.76-81 740.91-15 000=111 900.85 元。

產(chǎn)量按1 300 噸計算,則噸電費為:

年產(chǎn)量12 000 t,每年生產(chǎn)電費為

按該公司財務(wù)統(tǒng)計實際采購煤的情況,連續(xù)三年實際燃煤用量每年平均在1 050 t。 按當(dāng)時的煤炭價格900 元/t 計算,燃煤費用每年94.5 萬元左右。 清潔能源供熱系統(tǒng)電費比燃煤費用略高,考慮燃煤鍋爐運行的人員成本,清潔能源供熱系統(tǒng)運行費用是降低的。

5 結(jié)語

清潔能源系統(tǒng)采用采用空氣源熱泵、導(dǎo)熱油爐、蒸汽發(fā)生器組成的供熱系統(tǒng),可以實現(xiàn)分布式安裝,減少管路損耗,提高供熱效率。 同時可以實現(xiàn)系統(tǒng)免維護(hù),無人值守,降低了運行成本,在當(dāng)前民爆器材工廠鍋爐環(huán)保改造中可以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保,企業(yè)能源和環(huán)保效益最大化,在此基礎(chǔ)上再輔助太陽能加熱系統(tǒng),運行成本還會進(jìn)一步降低,所以,該模式是有推廣價值的工廠供熱系統(tǒng)。