矿区工业场地供热方案综合分析

周新朋

摘 要：北方矿区工业场地的矿井乏风和地下涌水是理想的低温余热资源，本文结合某工程，通过对燃气锅炉、电锅炉（蓄热）、余热利用三种方案进行技术经济及节能评价等综合分析，提出供热方案选择的合理化建议。

关键词：燃气锅炉;电锅炉（蓄热）;余热利用;乏风热泵;涌水源热泵;节能

1 引言

矿区工业场地存在这大量的供热需求，既存在高品位、高负荷的生产系统用热，也有仅需低品位热源、负荷较低的生产生活用热需求。

对于高品位、高负荷加热系统，矿区通常采用燃煤或燃气蒸汽锅炉供热，供热形式相对成熟单一，而对于低品位供热需求的生产生活用热而言，热源的选择空间较大，也是供热方案确定的难点，本文结合某工程，重点对矿区低品位供热需求的生产生活供热方案进行研究分析。

一、负荷分析

某矿井工业场地的低品位供热需求主要包括：井筒保温、供暖和洗浴用热。

（1）井筒保温

矿井在冬季为了防止井筒冻冰，必须采取加热保温措施。该工程井筒保温热负荷6.2MW。供热介质为0.3MPa饱和蒸汽或50/40℃热水。

（2）供暖

工业场地内的行政福利、公共设施等用房需考虑冬季供暖，供暖热负荷4MW，供热介质采用70/60℃的热水。

（3）生活热水

工业场地内生活热水负荷2.44MW，供热介质采用50℃热水。

热源年运行时间均365d，工作制度为每天3班作业，采暖季144天，日运行时间16h，非采暖季221天，日运行时间6h。

2 资源分析

2.1煤炭资源

矿区煤炭资源丰富，可考虑就地取材，设置燃煤锅炉进行供热，当地环保政策要求淘汰10t/h及以下燃煤锅炉，本工程无法利用燃煤锅炉进行供热。

2.2燃气

该矿井工业场地无燃气管网，但可通过建设储气站的方式解决供气问题。

2.3电力

工程现状设置35kV变电站1座，变电站主变容量2×20.0MVA，负荷约14MW～15MW，两台主变同时运行，主变负荷率约在38%，可保证供热用电需求。

高峰：1.1698元/kWh，平段0.7934元/kWh，谷电为0.4172元/kWh。

电锅炉供热属于清洁能源范畴，且优惠的峰谷电价政策，为采用电锅炉+蓄热的供热方案创造了条件。

2.4余热资源

该工程为煤炭矿区，存在大量余热资源，如矿井乏风余热、地下涌水余热等。

（1）矿井乏风：回风井总回风量为133.4m?/s，出风温度为10℃，相对湿度为60%，风量大且稳定，单位风量余热量约22.7kW。

（2）地下涌水：煤矿处理之后的外排水量平均800m?/h，水温13℃，水量大且稳定，单位水量余热量约10.45kW。

3 技术方案

通过资源分析，本工程可采用燃气锅炉、电锅炉（蓄热）和热泵技术等多种供热方案。

3.1燃气锅炉方案

配置2x10t/h燃气蒸汽锅炉，供热0.3MPa饱和蒸汽，在锅炉房内设置汽-水换热器。装机规模如下（水泵、化水、管道等不详列）：

燃气蒸汽锅炉：D=10t/h  P=1.0MPa  效率93%，2台;

汽水换热器：3台;

3.2 高压电极锅炉（蓄热）供热

配置2x10t/h高压电极热水锅炉，装机规模如下（水泵、化水、管道等不详列）：

高压电极热水锅炉：Q=19.5MW P=1.0MPa，95/70℃ 效率98%，2台;

板式换热器：4台;

蓄热水箱：1800m3，1.0MPa，2个;

3.3 余热利用

由2.4节余热资源分析可知，矿井乏风和地下涌水都是可利用的理想余热资源，可采用水源热泵和乏风热泵机组，将低温余热提升品位后满足矿区的供热需求，装机规模如下（水泵、化水、管道等不详列）：

涌水源高温热泵机组（供暖）：1220kW 蒸发侧13/4℃，1.0MPa;供热侧70/60℃m，1.0MPa，4台;

涌水源热泵机组（生活热水+井口加热）：1220kW 蒸发侧13/4℃，1.0MPa;供热侧50/40℃m，1.0MPa，5台;

乏风热泵机组（井口加热）：1350kW 蒸发侧3/-2℃（乙二醇溶液），1.0MPa;供热侧50/40℃m，1.0MPa，3台;

乏风取热器：额定风量30000m3/h，乏风参数10℃，相对湿度60%，出风3℃，相对湿度95%，3台。

4 经济及节能分析

4.1投资对比分析

三种供热方案的投资（含土建及安装，不含预备费及二类费用）分别为：

（1）燃气锅炉：1000万元;

（2）电锅炉：2143万元;

（3）热泵供热：1516万元。

4.2运行成本及敏感性分析

（1）年运行成本

1）余热利用方案：1204.39万元/年;

2）燃气锅炉方案：757.50万元/年;

3）电锅炉方案：1633.17万元/年。

（2）最敏感因素

1）余热利用方案：耗电成本，占比约88%，其中平峰耗电量占比最大;

2）燃气锅炉方案：耗气成本，占比74%;

3）电锅炉方案：耗电成本，占比91%，由于电锅炉采用蓄热方式，谷电耗电量最大。

针对单个方案而言，人力成本和维修成本相对变化不大，且占比不超过5%。

（3）年一次能源消

1）余热利用方案：1443.7tce/年;

2）燃气锅炉方案：3050.4 tce/年;

3）电锅炉+蓄热方案：4329.1 tce/年;

显然余热利用方案的一次能源消耗量最少，节能减排成效最佳。

在供热负荷相同的条件下，选用何种方案，需统筹兼顾投资、运行成本、建设条件、节能设计等因素，就本工程而言，若仅考虑投资及经济性，显然燃气锅炉方案是最合适的，但由于项目无燃气管网，且无建设燃气储气站的位置，最终采用了热泵供热方案，一方面充分利用了余热资源，降低了一次能源消耗，另一方面相对电锅炉方案，余热利用方案的投资和运行成本都具有较大优势。

同时，由于不同地区电价、水价、天然气价格不同，即便是相同的供热方案，经济测算边界条件发生变化时，运行成本也将发生大的变化，因此何种方案更合理，尚需综合对比分析确定，切不可盲目选择，如本工程中，若提高天然气价格，当天然气价格提高至3.5元/Nm3，平峰电价降低至0.75元/kWh时，余热利用方案的运行成本则变为最低。

5 结论及建议

（1）通过本文分析，提供了矿区工业场地供热方案选择的实践经验。

（2）利用矿井余热供热，从减少一次能源消耗的角度出发，是值得推广的供热形式。

（3）确定供热方案过程中，要统筹建设条件、资源分析、投资运行成本，及节能设计等因素，边界条件不同，得出的结论可能恰恰相反，因此需进行综合对比分析作出判断，切不可根据经验盲目选择。

参考文献

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