換熱機組節能改造應用

王彩俠，杜成偉

兗州煤業股份有限公司濟寧三號煤礦，山東濟寧 272169

換熱機組節能改造應用

王彩俠，杜成偉

兗州煤業股份有限公司濟寧三號煤礦，山東濟寧 272169

本文主要介紹了現有換熱機組現狀、分層布管對熱效率的影響以及相關輔助設備改造，從而實現對換熱機組節能改造應用。

分層布管；熱效率；PLC；節能

1 換熱機組現狀

濟三煤礦現有總熱負荷為11.99mW（合蒸汽17.15t/小時），其中建筑物（不包括選煤廠）7 815kW（熱水），選煤廠4 177kW（熱水）。原有換熱器的效率太低（75%），在同等負荷的條件下浪費了大量的熱源，也就是礦井在總熱負荷不變的情況下，由于換熱器效率低而多投入了大量的物力、人力、財力，這顯然不符合國家“節能降耗”的政策，更不利于礦井的可持續發展。況且鍋爐房已建成運行12年，鍋爐房內原有鍋爐及輔機、換熱設備均已老化，每年都要進行大量維修工作，其中最重要的是換熱器的換熱效率低，在同等負荷的前提下浪費了大量的熱源。同時原有的換熱器具有一定的弊端：殼程無法進行機械清洗，殼程檢查困難，殼體與管子之間無溫差補償元件時會產生較大的溫差應力，即溫差較大時需采用膨脹節或波紋管等補償元件以減小溫差應力；管程大，不耐高溫高壓，在溫度壓力超過一定值的情況下無法使用。因此進行更換換熱器，并在附件上增設溫度控制閥，對蒸汽流量根據負荷變化進行控制；同時對原有循環水泵增加變頻控制等。

2 換熱器的分層布管對熱效率的影響

在進行換熱器的結構設計時，為了提高換熱效率，一般的工藝途經是：1）延長兩種熱交換介質的接觸時間；2）增加兩種熱交換介質的接觸面積。延長和加大介質之間的接觸時間及面積，大概可采取以下幾種方法：1）增加殼程數量，即從結構上把換熱器設計為多殼程結構形式，這是一種有效的方法，但是制造難度較大，一般不常采用；2）增加管程數量，即從結構上把換熱器設計為多管程結構形式，此為既簡單又常用的方法；3）同時增加管、殼程數量等等。但在實際運用中大多首選增加管程數量來提高換熱效率。就一臺多管程換熱器而言，對管程進行分層時，會使換熱器的換熱面積明顯下降（如圖1所示）。從圖1中我們可以看出，對于同規格（直徑、長度、換熱管都相同）的換熱器來講管程數分得越多，管板上的布管數量就越少（因為分程隔板占用了管板布管區的布管面積，使布管數量減少）。圖1a是管程數為1層的換熱器，其布管數為138根；圖1b是與圖1a同規格的管板，只是管程數分為6層，其布管數量為114根，比較兩種情況，6管層換熱器比1管層換熱器減少了24根管子，其換熱面積相應減少了近20%。

如圖2所示，從圖中可以看出對同規格（直徑、長度、換熱管都相同）的換熱器來講，管程分層數的多少不會影響換熱器的布管數量。比較“圖2a”是管程數為1層的換熱器，其布管數為138根；“圖2b”是與“圖2a”同規格的管板，但是管程數分為6層，其布管數量仍為138根。兩種換熱器排管布局完全一樣，其換熱面積沒有因管程的分層數增加而減少，原因是該換熱器在用隔板分層時，隔板沒有占用布管區的面積（在管板上不加工分層隔板槽）。因此更換為圖2b所示布管的換熱器，提高換熱器的換熱效率。

3 相關輔助設備改造

3.1 PLC控制技術

為提高換熱站自動化水平、達到節能降耗的目的，改造后的換熱站采用PLC控制技術，實時檢測各類運行參數，制定最佳運行工況，達到最大限度的節能。

PLC操作控制臺可以實現以下功能：

1 ）實時檢測參數，技術了解工況，隨時掌握換熱站或用戶的溫度、壓力、流量、熱量等；2）根據實際需熱量的多少，進行按需分配流量；3）合理匹配工況，保證按需供熱；根據實測的室外溫度變化，預測當時熱負荷，制定最佳運行工況，能到達最大限度的節能；4）根據參數設定的限值能夠進行聲光報警；5）及時診斷故障，確保安全運行；6）健全運行檔案，建立各種信息數據庫，能夠對運行過程中的各種信息數據庫進行分析，根據需要打印出日志、水壓圖、水耗、供熱量 進行數據和控制指標，實行量化管理。

3.2 循環水泵

循環水泵采用變頻控制，變頻工作原理：PLC操作控制臺內設PLC可編程控制器，將熱交換站二次系統供回水壓差，設為主要控制參數，根據末端的供熱熱負荷，可以得出系統所需流量，通過采集來的供暖供水壓力、回水壓力，然后按照一定的規律進行計算，發出控制信號，下達變頻調速指令從而改變循環水泵的轉速，以達到循環水流量的控制，保持二次系統壓差恒定。通過循環水泵的變頻控制，可以實現水泵轉速、耗電量與供暖系統負荷的動態聯動，做到真正節能運行的工作狀態。

3.3 補水泵

在供暖系統運行過程中，常存在熱媒跑、冒、滴、漏現象，為保證管道內滿流量、穩壓運行，要對管道內熱媒介質進行實時補水定壓控制，補水定壓裝置采用變頻器定壓系統，預先設定系統定壓點壓力，達到設定壓力自動停機（由PLC發出控制信號），低于設定壓力自動開機補水。具有手動、自動兩種控制方式。

從節能減排角度考慮，使用礦井筒保溫凝結水作為補水水源來對熱水供暖系統進行補水定壓，生活用水作為備用補水水源。

3.4 凝結水回收裝置

凝結水回收采用密閉式自動凝結水回收器，密閉式自動凝結水回收器由凝結水回收罐、高溫凝結水回收裝置、自動控制系統和自力式壓力調節閥、水位控制儀、泵站附件等組成。密閉式自動凝結水回收器可以有效的回收凝結水，提高生產效益，節約能源，有效蒸汽使用率。經凝結水回收裝置再次收集的凝結水水質經檢驗合格滿足濟三電廠使用要求時，凝結水經凝結水泵提升后輸送至濟三電廠，當凝結水水質不能滿足電廠使用要求時，則將凝結水打回換熱站內的軟化水箱作為供暖系統的補水使用。凝結水回收裝置自帶電氣控制柜，根據采集來的集水罐液位，自動控制凝結水泵開停車運行。

3.5 溫度控制閥

利用溫度控制閥對蒸汽流量進行控制，控制原理：當室外溫度升高時，末端負荷變小時溫控閥關小，蒸汽流量減小；當室外溫度降低時，末端負荷變大時，溫控閥開大，蒸汽流量增加。溫度控制閥可以根據末端負荷變化情況，自行調節溫控閥的開關量，溫控閥的使用避免了鍋爐房盲目的對用戶供熱，節省了大量的熱源。

4 結論

熱效率：在相同的工藝條件下，由于分層布管在用隔板分層時，隔板沒有占用布管區的面積（在管板上不加工分層隔板槽），增加了換熱面積，提高了換熱效率，在同等的總熱負荷情況下，節省了熱源，減少了能源浪費。原有換熱器的效率75%，更換后的換熱器的效率按87%計，總熱負荷11.99mW（合蒸汽17.15t/小時），一個采暖期可節省蒸汽量：（87%-75%）×17.15×24×30×4=0.59萬噸，電廠蒸汽價格260元/噸，可節省蒸汽成本：0.59×260=153.4萬元。

電耗：鍋爐房電負荷約為134.88萬kW·h，電費支出約70.1萬元；由電廠集中供熱后，僅換熱站幾臺循環水泵及補水泵、凝結水泵等采暖期正常用電，約47.7萬kW·h，需支出電費約24.8萬元；即可節約電費70.1-24.8=45.3萬元。

煤耗：鍋爐房一個采暖期季耗原煤約1.2萬噸，由電廠集中供熱后，電廠一個采暖期耗煤泥增加1.03萬噸。原煤按550元/t，煤泥360元/t，燃料費用每年節約1.2×550-1.03×360=289.2萬元。

人工費：工廣鍋爐房及工人生活區鍋爐房現有職工34人，按年人均工資2.9萬元計算，年工資總額為98.6萬元。由電廠集中供熱后崗位定員按18人設置，年工資總額52.2萬元。節省人工費46.4萬元。

[1]管殼式換熱器(GB151-1999).

[2]相關技術資料.

TK172

A

1674-6708（2012）59-0082-02

王彩俠，助理工程師，工作單位：兗州煤業股份有限公司濟寧三號煤礦