發(fā)布時間：2021-12-01所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要 ：本文主要介紹了煤炭在能源發(fā)展中的重要作用，分析了煤炭行業(yè)供熱面臨的問題，并提出了礦井供熱改造中技術(shù)路線的選擇與需解決的問題。對各種適宜的技術(shù)進(jìn)行了對比分析，指出了各技術(shù)路線的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展方向，進(jìn)一步探討了煤炭行業(yè)在暖通節(jié)能方面未來的研究方向與
摘要 ：本文主要介紹了煤炭在能源發(fā)展中的重要作用，分析了煤炭行業(yè)供熱面臨的問題，并提出了礦井供熱改造中技術(shù)路線的選擇與需解決的問題。對各種適宜的技術(shù)進(jìn)行了對比分析，指出了各技術(shù)路線的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展方向，進(jìn)一步探討了煤炭行業(yè)在暖通節(jié)能方面未來的研究方向與思路。
關(guān)鍵詞 ：煤炭 ;節(jié)能 ;供熱 ;暖通空調(diào)
我國資源稟賦的特點(diǎn)是富煤、貧油、少氣，已探明的煤的儲量占世界煤炭儲量的 13.3%，可采量位居世界第二，產(chǎn)量位居世界第一位。煤炭作為重要的戰(zhàn)略資源，一直存在著很高的經(jīng)濟(jì)價值。根據(jù)最新國家能源統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，目前我國證照齊全的礦井達(dá)到 3373 處，開工建設(shè) 1010 處，聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn) 203 處，年產(chǎn)能量累計(jì)達(dá) 40 億 t。
煤炭大多用于發(fā)電，其余部分由煤化工等技術(shù)路線進(jìn)行轉(zhuǎn)化，服務(wù)于人們生活中的出行、工業(yè)、建筑供暖制冷照明等及其他方面。近年來，隨著綠色礦山、信息礦山、智能礦山等概念被提及和推廣，煤炭產(chǎn)業(yè)中礦井節(jié)能也成為重要的環(huán)節(jié)。能源消耗中的大戶是由供暖空調(diào)所引起的能耗，加之礦井洗浴用熱使得礦井鍋爐房供熱一年四季處于動態(tài)運(yùn)行階段。由于相關(guān)環(huán)保及節(jié)能措施實(shí)施不合理，以及管理水平的問題，礦井供熱鍋爐能耗與污染與日俱增。因此，煤炭建設(shè)后續(xù)生產(chǎn)中節(jié)能工作的重要性不言而喻。
1 技術(shù)路線
國家能源 局關(guān)于印發(fā)《煤炭清潔 高 效 利用行 動 計(jì)劃(2015 ～ 2020 年)》的通知中要求 ：開發(fā)推廣工業(yè)鍋爐余熱、余能回收利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)余熱、余能高效回收及梯級利用。到 2020 年，淘汰落后燃煤鍋爐 60 萬 t，京津冀、長三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域的燃煤鍋爐設(shè)施，基本完成天然氣、熱電聯(lián)供、潔凈優(yōu)質(zhì)煤炭產(chǎn)品等替代 ;現(xiàn)役低效、排放不達(dá)標(biāo)鍋爐基本淘汰或升級改造，高效鍋爐達(dá)到 50% 以上。
另外，各地政府機(jī)構(gòu)也有應(yīng)對大氣污染的相應(yīng)地方性政策性文件，要求限期拆除燃煤鍋爐供熱，推廣清潔能源利用。以陜西省產(chǎn)煤大戶榆林市為例，政府提出“全市不再新建 35t/h 以下的燃煤鍋爐， 65t/h 及以上燃煤鍋爐全部完成節(jié)能和超低排放改造，全面淘汰 10 t/h 及以下燃煤鍋爐。開展燃?xì)忮仩t低氮燃燒改造。2020 年底前，現(xiàn)有具備條件的燃?xì)忮仩t全部完成低氮燃燒改造，改造后氮氧化物排放不高于 80mg/m3 。城市建成區(qū)生物質(zhì)鍋爐實(shí)施超低排放改造。”山西省城市建成區(qū)內(nèi)基本淘汰 35 t/h 以下燃煤鍋爐，縣城建成區(qū)內(nèi)淘汰 10 t/h 及以下燃煤鍋爐，積極推進(jìn)行政區(qū)域內(nèi) 35t/h 以下燃煤鍋爐淘汰工作。積極推進(jìn) 35t/h 及以上燃煤鍋爐超低排放改造，達(dá)到燃煤電廠超低排放水平。”
圖 1 簡單展示了近年來國家政策法規(guī)的變化與要求，可以看出隨著國家政策的要求與限制，在礦區(qū)進(jìn)行鍋爐房建設(shè)或者改造舊鍋爐，建設(shè)新鍋爐已經(jīng)不符合要求，必須尋找新的節(jié)能減排技術(shù)方案。
為了尋找切實(shí)可行的方案，將目前適用于礦區(qū)的建設(shè)方案進(jìn)行比較分析得出圖 2 所示，其中的技術(shù)路線具體實(shí)施都有一定的條件限制，如何科學(xué)合理地組織方案論證、設(shè)計(jì)與實(shí)施很有必要。為了說明各方案的技術(shù)路線需要的具體解決問題，本文嘗試將其條理化并分析得出圖 3 所示。
優(yōu)先技術(shù)路線為余熱供熱，目前針對礦區(qū)生產(chǎn)過程中的礦井排風(fēng)或礦井水進(jìn)行空氣源與水源熱泵設(shè)計(jì)，熱泵高效運(yùn)行及其自身無污染能耗低自動化程度高可以很好解決礦井實(shí)際需求。只要礦區(qū)具備水源則可以考慮水源熱泵集中建設(shè)。對于缺水礦區(qū)需要針對礦井排風(fēng)進(jìn)行排風(fēng)熱回收或者排風(fēng)換熱裝置換熱后，再建設(shè)水源熱泵機(jī)房。當(dāng)熱源確定后就是選擇換熱器布置系統(tǒng)問題，系統(tǒng)的搭建進(jìn)一步論證可行后即可實(shí)施。目前該技術(shù)路線在我國部分礦區(qū)已經(jīng)開始實(shí)施，并取得一定成效。
技術(shù)路線 2 和技術(shù)路線 3 屬于傳統(tǒng)供熱范圍。技術(shù)路線 2 必須確保礦區(qū)周邊有配套天然氣穩(wěn)定供應(yīng)，這在我國大部分礦區(qū)不具備條件，另外其昂貴的天然氣費(fèi)用令用戶望而卻步。技術(shù)路線 3 由于環(huán)保政策的原因，目前 35t/h 的燃煤鍋爐無法實(shí)施，大噸位建設(shè)費(fèi)用高，往往一座鍋爐房建設(shè)成本 4000 萬元以上，而且其后期大噸位小負(fù)荷運(yùn)行不僅不節(jié)能反而效率低下，配套脫硫脫硝的實(shí)施運(yùn)行費(fèi)用成本較高。
技術(shù)路線 4 的電廠集中供熱對于有資源可用時，該方案是可行方案。目前實(shí)施的困難主要是后期敷設(shè)供熱管網(wǎng)，如果不是礦區(qū)配套電廠，往往需要征地，該部分的社會與經(jīng)濟(jì)影響不確定因素較多，需要各方努力協(xié)調(diào)。
技術(shù)路線 5 中所示的蓄熱電鍋爐供熱方案，適合于有較多電能可用，對于具備峰谷電價差的地區(qū)實(shí)施起來比較節(jié)能環(huán)保。但是其用電來直接供熱屬于高品質(zhì)能源向低品質(zhì)轉(zhuǎn)化，雖然轉(zhuǎn)化效率高，但是能源的浪費(fèi)極大，是高能耗產(chǎn)品，高能耗的技術(shù)路線，因此該方案不節(jié)能。
技術(shù)路線 6 太陽能利用屬于成熟穩(wěn)定的技術(shù)，主要是受到礦區(qū)地理環(huán)境的限制，往往供熱不穩(wěn)定，且規(guī)模較小，通常作為備用熱源考慮。
技術(shù)路線 7 空壓機(jī)余熱也受到礦區(qū)空壓機(jī)房配置大小的影響，其利用率不高，供熱負(fù)荷有限，通常也作為備用熱源考慮。
2 解決的工程實(shí)際問題
對于優(yōu)先使用的技術(shù)路線 1中，筆者嘗試在實(shí)際項(xiàng)目中使用了噴淋換熱技術(shù)回收礦井排風(fēng)余熱供熱改造。項(xiàng)目中使用的噴淋換熱技術(shù)路線，通過科學(xué)的計(jì)算結(jié)合模擬與實(shí)際工程驗(yàn)證，使得整體噴淋換熱器對通風(fēng)系統(tǒng)的阻力附加值達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)要求。系統(tǒng)采用的排風(fēng)熱回收裝置沒有用任何電氣元件，就達(dá)到礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全要求。通過計(jì)算結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證得知噴淋換熱效率達(dá)到 80% 左右，系統(tǒng)阻力附加值不超過 50Pa。布置的熱回收供熱系統(tǒng)通過合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，整體系統(tǒng)運(yùn)行能效達(dá)到 4.0 以上，且能夠安全高效運(yùn)行。因此，解決了礦井排風(fēng)熱回收由于安全問題帶來的無法實(shí)施的難題，同時也解決了礦井鍋爐停運(yùn)無熱可用的難題，杜絕了傳統(tǒng)鍋爐供熱高污染高能耗問題。為礦井企業(yè)實(shí)行清潔供熱提供了科學(xué)依據(jù)，也為未來建設(shè)綠色智能礦山提供了一條供熱方向的技術(shù)路徑。
利用該噴淋換熱技術(shù)的項(xiàng)目在某公司下屬礦井進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，通過 2019 年冬季某礦實(shí)施項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，初步達(dá)到了很好的運(yùn)行效果，對集團(tuán)下屬近百座礦井提供了良好的示范作用，為礦井尋找清潔供熱改造方案提供了有力的科學(xué)支撐。
3 研究方向
目前設(shè)計(jì)的該取熱裝置體積過于龐大，施工與安裝帶來眾多不便，需要進(jìn)一步優(yōu)化取熱器尺寸。噴淋換熱效率實(shí)際測試運(yùn)行效率在 80% 左右，因此換熱效率需要通過霧化噴嘴的設(shè)計(jì)，噴排設(shè)計(jì)、淋水密度優(yōu)化需要進(jìn)一步提高。該裝置在低溫嚴(yán)寒地區(qū)使用會使得結(jié)冰現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至無法達(dá)到理想效果，在陜北地區(qū)出現(xiàn)了失敗案例，因此且不可盲目照搬套用。低溫排風(fēng)礦井使用該技術(shù)需要進(jìn)一步提高溶液換熱效率，解決低溫結(jié)冰現(xiàn)象，進(jìn)一步降低附加阻力優(yōu)化換熱器尺寸，對于低溫排風(fēng)礦井及寒冷地區(qū)類似礦井推廣應(yīng)用需要結(jié)合乙二醇等低冰點(diǎn)換熱溶液進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步擴(kuò)大其使用范圍。
上述技術(shù)主要利用排風(fēng)熱回收技術(shù)解決地面用熱的問題，實(shí)際中部分礦井井底空氣溫度達(dá)到 30℃以上，影響礦井的安全生產(chǎn)與正常運(yùn)行。因此，后續(xù)的研究方向還需要將井下制冷需求與地面用熱需求的矛盾進(jìn)行結(jié)合深入研究。——論文作者：白延斌
參考文獻(xiàn) [1] 崔海蛟 , 王海橋 , 陳世強(qiáng) . 礦井?dāng)U散塔噴淋換熱裝置熱質(zhì)傳遞模型及參數(shù)優(yōu)化 [J]. 煤炭學(xué)報(bào) ,2014,39(10):2047-2052.
相關(guān)期刊推薦：《節(jié)能與環(huán)保》(月刊)創(chuàng)刊于1983年，由中國資源綜合利用協(xié)會、中國節(jié)能協(xié)會和北京節(jié)能環(huán)保中心主辦。設(shè)有：政務(wù)動態(tài)、參考資訊、研究探討、節(jié)能減排案例、節(jié)能環(huán)保技術(shù)、節(jié)能環(huán)保論壇、行業(yè)交流等欄目。
