煤礦供熱系統(tǒng)改造可行性探討

吳芝芹

（淮北礦業(yè)股份有限公司祁南煤礦，安徽 宿州234115）

隨著國家環(huán)保政策實施，燃煤鍋爐已經(jīng)禁止使用，為滿足礦井正常生產(chǎn)的需要，祁南礦對原有供熱系統(tǒng)進行改造。供熱改造本著需求量、礦上及周邊可利用資源，降低造價又充分滿足需求的原則，最大限度降低運行成本，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 改造前礦井用熱現(xiàn)狀

祁南礦工廣鍋爐房目前安裝有三臺10t/h 鏈條爐排蒸汽鍋爐及一臺SHF7-1.0/95/70-AⅡ型循環(huán)流化床熱水鍋爐。其中一臺10t/h 蒸汽鍋爐常年運行，供洗浴用水加熱及鍋爐除氧用汽；供暖季節(jié)運行3 臺10t/h 蒸汽鍋爐及循環(huán)流化床熱水鍋爐，供礦井工業(yè)場地蒸汽和熱水采暖及井筒防凍用汽。工業(yè)場地供暖方式為水暖+氣暖。

2 洗浴熱水供熱改造方案

全礦洗浴人數(shù)2400 人，全年日均用熱水約600 噸，按1000噸設(shè)計。水源為場區(qū)自建的深井水，進入地下帶蓋板的蓄水池儲存再泵送往各個用水點，采用以下方案解決全年熱水供應(yīng)。

2.1 壓風機余熱利用

礦上場區(qū)北側(cè)壓風機房安裝有英格索蘭ML200 壓風機1臺、ML300 壓風機5 臺，采用風冷，正常情況下啟動4 臺壓風機運行，偶爾運行3 臺ML300 壓風機，回收壓風機余熱，提供大部分或全部洗浴熱水。

壓風機余熱回收不應(yīng)影響壓風機的安全運行，同時考慮蓄水池滿水后余熱回收系統(tǒng)與原冷卻系統(tǒng)的自動切換。余熱回收裝置5 套，回收裝置自來水應(yīng)一步加熱到位，出水溫度能根據(jù)季節(jié)變化自動調(diào)整，夏季40～41℃，冬季45～46℃，水溫誤差±1℃，加熱后的水進入蓄水池待供。壓風機房與浴室之間空地建一座200 立方米地上鋼筋混凝土蓄水池，貼臨蓄水池東側(cè)建保溫彩板設(shè)備房，尺寸6 米×4 米×4 米，放置原水處理凈化、浴室供水泵、補充熱水的汽水加熱裝置、熱水供水泵，配電柜和電氣控制柜等。壓風機余熱回收不足部分，由蒸汽補充，設(shè)備房內(nèi)汽水加熱裝置加熱功率不小于1500kW，熱水制備量不小于40t/h，汽水加熱裝置應(yīng)采用消聲和恒水溫控制手段。新增管道：自來水原水接自原燃煤鍋爐房接往設(shè)備房，管徑DN100；熱水供往浴室管道管徑DN100，室外架空管道均應(yīng)采取保溫措施，外護0.5mm 鋁板。供水泵采用恒壓變頻運行，流量不小于80t/h，揚程不小于25 米。采用中央遠程集中控制，實現(xiàn)對余熱回收、熱水供應(yīng)系統(tǒng)的在線遠程操作（包括當前運行狀態(tài)、操作、運行調(diào)整和故障報警）及能耗監(jiān)管（實時顯示當前水電各項能耗數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)及財務(wù)報表），達到精準化和智能化運行，通過手機APP 了解系統(tǒng)信息和異地操作。

圖1 壓風機余熱利用示意圖

2.2 瓦斯發(fā)電余熱利用

場區(qū)西南角現(xiàn)安裝6 臺500kW 瓦斯發(fā)電機；由于進行技術(shù)改造，拆除4 臺500kW 發(fā)電機，新上4 臺800kW 瓦斯發(fā)電機，可利用4 臺800kW 發(fā)電機煙氣余熱。

圖2 瓦斯發(fā)電余熱利用示意圖

每臺瓦斯發(fā)電機組煙道安裝一臺1.2t/h 余熱蒸汽鍋爐，設(shè)計壓力≥0.8MPa，蒸汽匯集于分汽缸向外輸送，本改造項目與發(fā)電設(shè)備更換同步進行。在瓦斯發(fā)電站附近，新建夾心彩板設(shè)備間，尺寸9 米×6 米×4 米，配備樹脂軟化水系統(tǒng)、軟化水箱、余熱蒸汽鍋爐給水泵、配電柜及控制柜及其它附屬設(shè)施。從瓦斯發(fā)電站架空敷設(shè)DN100 蒸汽管道至現(xiàn)燃煤鍋爐房分汽缸或就近蒸汽管道與原蒸汽系統(tǒng)匯合，敷設(shè)長度約500 米。余熱蒸汽鍋爐按照恒壓控制，非采暖季因只補充少量的洗浴熱水和部分食堂及烘干房用蒸汽，應(yīng)考慮余熱鍋爐超壓時的自動煙氣旁通。采用中央遠程集中控制，實現(xiàn)與壓風機余熱回收、熱水供應(yīng)系統(tǒng)的對接和統(tǒng)一管理，有效利用發(fā)電系統(tǒng)余熱，降低其它能源消耗。通過壓風機余熱與瓦斯發(fā)電機組煙氣余熱的回收，全年保障洗浴熱水供應(yīng)和非采暖期的蒸汽需求。

3 采暖期供熱解決方案

有鑒于全年洗浴熱水通過余熱回收方式解決，在瓦斯電站正常運轉(zhuǎn)的情況下，采暖期瓦斯發(fā)電還可以提供額外的約4t/h的蒸汽補充，辦公樓及選煤廠部分建筑供暖期將采用分戶空調(diào)方式提供，另外在極端情況下采用井口紅外熱風機提供保溫等輔助措施，方案選8t/h 的蒸汽鍋爐。考慮到礦區(qū)變壓器容量充足，并且低谷電結(jié)算價格相對燃氣等其它能源更為經(jīng)濟，投資性價比更高，采取谷電蓄熱方式提供熱源。

3.1 電熱儲能爐改造

在現(xiàn)鍋爐房南側(cè)控制室墻外空地建一座24 米×9 米×5 米夾心彩板設(shè)備房，內(nèi)放置蓄熱體、蒸汽發(fā)生裝置、蒸發(fā)器給水裝置、配電及電氣控制系統(tǒng)，利用原有鍋爐房的水處理系統(tǒng)、軟化水箱。彩板設(shè)備房安裝固體蓄熱堆，蓄熱輸入功率7MW，輸入電壓6kV，蓄熱溫度500℃。設(shè)備間安裝一臺8t/h 蒸汽發(fā)生器，設(shè)計壓力0.8MPa，通過熱風機將在固體蓄熱堆內(nèi)被加熱的空氣再加熱發(fā)生器熱水制備蒸汽，蒸汽出口連接到原鍋爐房分汽缸，滿足冬季用熱，蒸汽發(fā)生器采用恒壓控制循環(huán)風機運行。蓄熱磚應(yīng)是耐受不低于1200℃的優(yōu)質(zhì)固態(tài)蓄熱體。具備體積小、熱容量大、蓄熱能力強、性能穩(wěn)定、熱量釋放穩(wěn)定等優(yōu)點，可連續(xù)運行不少于20 年免維護，且在反復(fù)加熱過程中加熱器不發(fā)生粉化現(xiàn)象。電加熱材料采用電氣、熱力、金屬特性穩(wěn)定的電熱合金材料。裸絲結(jié)構(gòu)，加工后結(jié)構(gòu)充分考慮金屬熱脹冷縮特性，可以反復(fù)加熱，穩(wěn)定性高。蓄熱堆保溫層采用A 級耐火材料，設(shè)備外表面溫度不得高于環(huán)境溫度25℃，保證使用安全。選用國內(nèi)優(yōu)質(zhì)變頻風機。具有超電流、缺相等保護功能，采用高效節(jié)能變頻電機。變頻電機和換熱風機連接部、軸承均應(yīng)是免維護部件。風機本體結(jié)構(gòu)無易損件，結(jié)構(gòu)節(jié)能，減振，消聲。鍋爐機組的控制系統(tǒng)須采用PLC 控制，具有全自動/本地手動/遠程控制方式可供切換使用，可對加熱器蓄能、風機供暖輸出、供回水系統(tǒng)監(jiān)控。系統(tǒng)發(fā)生異常故障時除具備報警功能外，將根據(jù)程序設(shè)定情況自動進行異常處理，保障設(shè)備的安全性。預(yù)留有向集中控制系統(tǒng)提供可兼容的通信接口，PLC 應(yīng)采用國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)品牌。

3.2 井口冬季保溫輔助加熱方案

祁南煤礦現(xiàn)有副井一座，冬季保溫熱負荷5920kW（通風量1.6×104m3/min）；主井一座，冬季保溫熱負荷1110kW（通風量0.3×104m3/min），原采用燃煤鍋爐房蒸汽散熱器加熱，進行供熱改造后，仍然采用原有蒸汽保溫形式。由于新裝的電蓄熱鍋爐的蒸發(fā)量只有8t/h，不能滿足低溫天氣的井口抗凍安全，為防止極端天氣下蒸汽供應(yīng)不足或鍋爐房意外故障，在井口安裝紅外線電熱風機組作為原有蒸汽加熱保溫的備用和輔助加熱措施。

具體要求如下：在主井安裝2 臺500kW 紅外線電熱風機組，在副井安裝6 臺500kW 紅外線電熱風機組，合計8 臺500kW 電熱風機組，安裝位置擬在原蒸汽熱風加熱器之間的墻壁開孔，就近于室外安裝遠紅外熱風機。加熱控制單元具有本地手動控制和PLC 自動控制選擇；全自動PLC 控溫系統(tǒng)，以井筒混合風溫度2℃為控制目標，采用溫度數(shù)據(jù)模型算法，自動調(diào)節(jié)加熱功率。單路加熱功率不大于50kW 功率/路；順序啟動加熱減少，對電網(wǎng)無沖擊；單路加熱調(diào)功器，調(diào)功器滿載時自動加入一路加熱，調(diào)功器輕載時自動切除一路加熱，保證井筒混合風溫度保持設(shè)定溫度（2℃可調(diào)整。高強度高耐溫的工業(yè)阻燃材料，安全可靠。具備對各個熱風機的集中控制和視頻監(jiān)控，同時具有軟硬件聯(lián)鎖，報警系統(tǒng)，溫度、CO 瓦斯傳感器，手機APP 功能。

圖3 紅外線電熱風機組工作原理圖

4 項目改造方案具體實施

在鍋爐房周邊新建一臺1 臺7000KW 固體電蓄熱鍋爐（包括水處理、電控柜）。在副井口加熱室安裝8 臺500KW 熱風機（副井加熱室根據(jù)熱風機型號尺寸進行改造或擴建）。空氣壓縮機和瓦斯電廠余熱利用（包括熱水箱，加壓泵、余熱設(shè)備及管道安裝等）。

供暖原則：工業(yè)廣場所有辦公樓今年不考慮集中供熱，選煤廠只對洗選車間供熱，其它車間保暖工作自行安排；重點保障井口和職工浴池供熱，發(fā)生極端天氣，以保障井口供熱為主。

供熱辦法：井口保溫，晚上23 電至次日8 點采用8 臺500KW 熱風機進行保溫，其余時間一臺7000KW 固體電儲熱蒸汽鍋爐供熱。職工浴池，淋浴及洗浴用水，采用壓風機余熱和瓦斯電廠余熱利用，同時采用電儲熱鍋爐輔助供熱。

5 結(jié)論

供熱系統(tǒng)的多元化改造，充分利用了原有資源，改造量小，投資少，經(jīng)濟效益顯著，與節(jié)能型社會發(fā)展相適應(yīng)。改造后在環(huán)境保護、企業(yè)運行成本方面達到設(shè)計要求，有效解決礦井洗浴、供暖需要，以最少的投入達到最優(yōu)的效果，在煤礦供暖系統(tǒng)改造中有推廣應(yīng)用價值。