潞安集團多能源供熱方式及余能利用技術(shù)分析

劉娟娟

(潞安礦業(yè)集團公司，山西 長治 046204)

隨著全面治理環(huán)境污染，切實改善空氣質(zhì)量，促進了供熱技術(shù)的不斷進步，潞安集團各單位采用的供熱方式和供熱技術(shù)也多樣化。潞安集團各單位供熱形式可劃分為三個階段：①2006年之前，主要采用分散燃煤鍋爐供熱，通常鍋爐臺數(shù)多，蒸發(fā)量小，如王莊煤礦當時共有小鍋爐17臺，安裝在7個鍋爐房內(nèi)。②2008年之后，主要采用區(qū)域集中燃煤鍋爐供熱，一個單位只有一個鍋爐房，鍋爐蒸發(fā)容量有所提高，但都在35 t/h以下。③2017年之后，隨著煙氣排放標準提高和政策壓力，區(qū)域集中供熱鍋爐房面臨改造，逐步出現(xiàn)了多種供熱方式。

潞安集團的王莊、常村、五陽、漳村、石圪節(jié)等礦井，附屬生產(chǎn)單位多，且有生活社區(qū)，供熱面積廣、范圍大，主要采用燃煤鍋爐區(qū)域集中供熱，鍋爐容量都在10 t/h以上，不在城市建成區(qū)范圍內(nèi)，并不屬于淘汰范圍。隨著2017年長治列入“2+26”城市，要求當年9月底前燃煤鍋爐大氣污染物排放標準執(zhí)行特別排放限值，較之前鍋爐大氣污染物排放濃度限值提高了一倍。根據(jù)當時鍋爐尾部煙氣處理的技術(shù)水平，35 t/h以下鍋爐改造后也很難達到特別排放限值。潞安集團所有下屬單位面臨著是進行鍋爐尾部煙氣改造還是采用新的供熱熱源，推動了工業(yè)企業(yè)供熱方式的大變革。《山西省打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》(晉政發(fā)[2018]30號)更是明確規(guī)定了“2020年10月1日前，重點區(qū)域基本淘汰每小時35 t/h以下燃煤鍋爐。”[1]潞安集團各單位基本位于長治市內(nèi)，屬于文件中規(guī)定的重點區(qū)域。本文擬對潞安集團內(nèi)部采用的供熱能源和供熱技術(shù)進行匯總分析，希望對其它單位下一步選擇何種供熱方式提供指導(dǎo)。

1 熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱

燃煤熱電廠經(jīng)過近兩年的升級改造，大氣污染物排放濃度已經(jīng)達到超低排放要求，結(jié)合我國國情，熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱在環(huán)保、能源消耗和經(jīng)濟性方面仍然是我國目前最值得推廣和發(fā)展的集中供熱方式[2-3]。2017年潞安集團響應(yīng)長治市冬季清潔供暖、減煤控煤的要求，從長遠發(fā)展考慮，積極聯(lián)系集中供熱熱源，改造現(xiàn)有供熱系統(tǒng)，根據(jù)各單位地理位置分布，建設(shè)集中供熱管網(wǎng)，全面實施熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱工程。目前，王莊煤礦、常村煤礦、古城煤礦接入晉能集團康莊熱源，五陽煤礦生活區(qū)接入五陽熱電廠熱源，漳村煤礦、石圪節(jié)煤礦、潞安二中、民爆公司及社區(qū)接入霍家溝電廠熱源，機械公司、五陽煤礦東周風(fēng)井接入容海電廠熱源，太陽能公司接入長治市集中供熱管網(wǎng)。熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱累計替代了14個鍋爐房，燃煤鍋爐46臺，鍋爐容量760 t/h。

2 中小型區(qū)域鍋爐房集中供熱

根據(jù)鍋爐使用的能源種類不同，可分為燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐、生物質(zhì)鍋爐和電鍋爐等。燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐和生物質(zhì)鍋爐是將燃料直接燃燒，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)(通常是水)的熱能，而電鍋爐是以電力為能源，將電能轉(zhuǎn)化成工質(zhì)的熱能，把工質(zhì)加熱到滿足一定要求，再把工質(zhì)通過熱力管道輸送到需要供暖和供熱的地方。潞安集團內(nèi)部沒有使用燃油鍋爐和生物質(zhì)鍋爐，大部分單位使用的是燃煤鍋爐和燃氣鍋爐。

2.1 燃煤鍋爐

目前司馬礦、潞寧礦、高河礦和李村礦使用中小型區(qū)域燃煤鍋爐房集中供熱，單臺鍋爐蒸發(fā)容量均在35 t/h以下，隨著長治劃為“2+26”城市，所有在用燃煤鍋爐經(jīng)過改造已經(jīng)達到了大氣污染物特別排放限值要求。根據(jù)晉政發(fā)[2018]30號文件要求，所有燃煤鍋爐都在淘汰范圍內(nèi)，各個單位日前又在積極尋找新的供熱熱源。

2.2 燃氣鍋爐

使用燃氣鍋爐單位主要是焦化廠、在長治市和襄垣縣煤改氣和禁煤范圍內(nèi)的單位，焦化廠使用的燃料為焦爐煤氣，其它單位為天然氣，在天然氣管網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的單位用管道供氣，不在的用罐車供氣。2017年以來，潞安集團鐵路運營公司、漳村煤礦西回轅風(fēng)井、高河煤礦曉莊風(fēng)井、五陽煤礦南豐風(fēng)井、夏店煤礦、慈林山煤礦等13個單位進行了煤改氣，累計替代燃煤鍋爐29臺，鍋爐容量272 t/h。目前燃氣鍋爐面臨氣源不穩(wěn)定、價格高、需要進行低氮改造的問題。

2.3 電鍋爐

電鍋爐主要用在洗衣房、茶水房以及供熱規(guī)模不大的單位。不同種類的電鍋爐，主要體現(xiàn)在加熱方式的區(qū)別上，目前主要分為電阻加熱方式、紅外線加熱方式和電磁感應(yīng)加熱方式。電阻加熱也是接觸式加熱，應(yīng)用最普遍，但加熱溫度一般在300 ℃以下，具有一定局限性。紅外線加熱和電磁感應(yīng)加熱屬于非接觸式加熱，紅外線加熱方式是將電能轉(zhuǎn)化成紅外線來加熱工質(zhì)，在光能和熱能的傳遞過程中能量損失很大，加熱溫度只有300 ℃左右。電磁感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理，將電能直接轉(zhuǎn)化成工質(zhì)的熱能，無熱量傳遞過程，最高加熱溫度可達1 300 ℃以上，電熱效率可達95%以上，是目前熱利用最高的加熱方式之一。電磁感應(yīng)加熱原理見圖1。

圖1 電磁感應(yīng)加熱原理

3 余能供熱

余能可分為余熱和余壓兩類，通常屬于低品位能源或者少量的高品位能源。隨著熱泵技術(shù)的進步和政策壓力，潞安集團利用的余能有設(shè)備余熱(空壓機、瓦斯泵等)、水(礦井水、污水處理站等)、空氣、煙氣余熱、乏風(fēng)等，少數(shù)單位作為集中供熱熱源，多數(shù)單位作為非供暖季熱源。單項余能滿足不了供熱負荷，通常是多項余能一起回收利用。目前，夏店煤礦、慈林山煤礦采用空氣源熱泵作為非采暖季職工洗澡熱源；侯堡地區(qū)采用生活污水水源熱泵為夏季供應(yīng)熱水；常村煤礦、司馬煤礦、王莊煤礦、李村煤礦等單位采用空壓機余熱利用技術(shù)，配套建設(shè)空氣源熱泵和水源熱泵作為非采暖季職工洗澡熱源；潞寧西擴區(qū)風(fēng)井采用乏風(fēng)熱泵作為作為整個風(fēng)井采暖季熱源；王莊煤礦北栗風(fēng)井采用乏風(fēng)余熱、瓦斯泵站余熱、空壓機余熱、礦井水余熱作為整個風(fēng)井采暖季熱源。王莊北栗風(fēng)井把風(fēng)井場地內(nèi)可以利用的余能全部進行了回收利用。

從原理上來說，以上這些利用形式本質(zhì)上是通過熱泵系統(tǒng)對余能進行了回收利用，余能載體本質(zhì)未發(fā)生變化。下面重點介紹乏風(fēng)氧化利用技術(shù)，本質(zhì)是乏風(fēng)里面的甲烷經(jīng)過催化氧化，發(fā)生放熱反應(yīng)，然后對這部分熱量加以利用。目前，潞安投入使用的有2個乏風(fēng)氧化利用項目，一是高河煤礦乏風(fēng)氧化利用發(fā)電項目，二是常村礦瓦斯熱源撬中試項目。

高河煤礦乏風(fēng)氧化利用發(fā)電項目采用的是合同能源管理模式，主要有兩部分組成：一是乏風(fēng)氧化處理，二是氧化熱利用。乏風(fēng)與瓦斯摻混到一定濃度后，經(jīng)過由電加熱到800～900 ℃的氧化爐，發(fā)生氧化反應(yīng)(這是個放熱反應(yīng))，當氧化反應(yīng)可以維持氧化反應(yīng)發(fā)生的環(huán)境后，停止電加熱。氧化反應(yīng)放出的熱量一部分維持氧化反應(yīng)的環(huán)境，剩余部分熱量排出氧化爐，進入余熱鍋爐，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，然后帶動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。

常村礦瓦斯熱源撬中試項目，同高河項目不同的是不需要提前加熱氧化反應(yīng)所需要的環(huán)境。常村礦項目最初的氧化反應(yīng)由電弧激發(fā)，氧化反應(yīng)發(fā)生后放出的熱量就會維持所需要的環(huán)境，氧化反應(yīng)就會持續(xù)進行下去。剩余其它部分同高河礦項目類似。

4 結(jié) 語

2017年以來，供熱方式和余能利用技術(shù)在潞安得到了廣泛應(yīng)用，主要有燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、電鍋爐、集中供熱、設(shè)備余熱利用(空壓機、瓦斯抽放泵等)、水源熱泵、空氣源熱泵、乏風(fēng)余能利用(物理利用和化學(xué)利用)等。綜合考慮，熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱是采暖季當前最應(yīng)該推廣和采用的供熱方式。非采暖季供熱各單位應(yīng)該因地制宜，選擇適合自己的供熱方式。