煤炭行业供热节能改造技术路线分析

刘钊

哈尔滨香坊物业供热有限责任公司 黑龙江 哈尔滨 150036

摘要：煤炭大多用于发电，其余部分由煤化工等技术路线进行转化，服务于人们生活中的出行、工业、建筑供暖制冷照明等及其他方面。近年来，随着绿色矿山、信息矿山、智能矿山等概念被提及和推广，煤炭产业中矿井节能也成为重要的环节。能源消耗中的大户是由供暖空调所引起的能耗，加之矿井洗浴用热使得矿井锅炉房供热一年四季处于动态运行阶段。由于相关环保及节能措施实施不合理，以及管理水平的问题，矿井供热锅炉能耗与污染与日俱增。因此，煤炭建设后续生产中节能工作的重要性不言而喻。

关键词：煤炭行业；供热节能；改造技术；路线

随着国家环保政策实施，燃煤锅炉已经禁止使用，为满足矿井正常生产的需要。供热改造本着需求量、矿上及周边可利用资源，降低造价又充分满足需求的原则，最大限度降低运行成本，实现可持续发展。

1我国供热能耗现状

能源既是国家发展建设的资源保障，也是经济快速发展的必然要求之一。然而，世界面临的最重要问题之一是资源短缺。因此，如何有效地解决资源短缺问题已成为世界各国关注的热点问题。为保证我国经济健康稳定发展，必须合理配置能源，把能源问题作为重点解决的问题之一。目前，我国人均资本占有率还不到世界平均水平的一半，但能源消费总量已居世界第二位。长期以来，政府工作的中心一直是工业生产的节能减排，而忽视了建筑节能工作。

2技术路线

国家能源局关于印发《煤炭清洁高效利用行动计划（2015～2020年）》的通知中要求：开发推广工业锅炉余热、余能回收利用技术，实现余热、余能高效回收及梯级利用。到2020年，淘汰落后燃煤锅炉60万t，京津冀、长三角、珠三角等重点区域的燃煤锅炉设施，基本完成天然气、热电联供、洁净优质煤炭产品等替代；现役低效、排放不达标锅炉基本淘汰或升级改造，高效锅炉达到50%以上。

另外，各地政府机构也有应对大气污染的相应地方性政策性文件，要求限期拆除燃煤锅炉供热，推广清洁能源利用。以陕西省产煤大户榆林市为例，政府提出“全市不再新建35t/h以下的燃煤锅炉，65t/h及以上燃煤锅炉全部完成节能和超低排放改造，全面淘汰10t/h及以下燃煤锅炉。开展燃气锅炉低氮燃烧改造。2020年底前，现有具备条件的燃气锅炉全部完成低氮燃烧改造，改造后氮氧化物排放不高于80mg/m3。城市建成区生物质锅炉实施超低排放改造。”山西省城市建成区内基本淘汰35t/h以下燃煤锅炉，县城建成区内淘汰10t/h及以下燃煤锅炉，积极推进行政区域内35t/h以下燃煤锅炉淘汰工作。积极推进35t/h及以上燃煤锅炉超低排放改造，达到燃煤电厂超低排放水平。”

为了寻找切实可行的方案，将目前适用于矿区的建设方案进行比较分析，其中的技术路线具体实施都有一定的条件限制，如何科学合理地组织方案论证、设计与实施很有必要。因此有必要科学合理地组织方案论证、设计和实施。为了解释每一方案的技术路线，需要解决具体问题。

余热采暖是优先的技术路线。目前，矿区生产过程中对矿井排汽或矿井水进行了气源和水源热泵设计。热泵的高效运行及其自身的无公害、低能耗、高自动化程度，能很好地解决矿井的实际需要。只要矿区水源充足，就可以考虑水源热泵的集中施工。对于缺水矿区，需要进行矿井排风余热回收或排热交换器，然后建设水源热泵机房。确定热源时，是换热器布局系统的选择问题，经进一步论证后，可以实现系统的建设。目前，该技术路线已在我国部分矿区实施，取得了一定的效果。

技术路线2、3属于传统供热范围。技术路线2必须确保矿区周边有稳定的配套天然气供应，而我国大部分矿区都不具备配套天然气供应。此外，其昂贵的天然气成本也让用户望而却步。技术路线3由于环保政策原因，目前35t/h燃煤锅炉无法实施，大吨位建设成本高，经常出现锅炉房建设成本4000多万元，其后期大吨位小负荷运行不仅节能，而且效率低，支持脱硫脱硝运行成本高。

技术路线4电厂集中供热方案在资源充足时可行。目前，实施中的主要难点是后期铺设供热管网。如果不是矿区配套电厂，往往需要征地。这一部分的社会经济影响存在诸多不确定性因素，需要各方共同努力协调。

5号技术路线所示蓄热式电锅炉供热方案适用于可用电能较多的地区，对峰谷电价差地区节能环保更为明显。然而，其电直接加热是由优质能源向低质量能源的转化。虽然转化效率高，但能耗浪费较大。该方案是一种高能耗产品，高能耗的技术路线，因此该方案不节能。

技术路线6：太阳能利用是一项成熟稳定的技术，主要受矿区地理环境的限制。由于加热过程中的热量不稳定，且规模小，因此通常认为它是一种备用热源。

技术路线7空压机余热也受矿区空压机机房配置尺寸的影响，利用率不高，供热负荷有限，通常被认为是备用热源。

3解决的工程实际问题

对于优先使用的技术路线1中，笔者尝试在实际项目中使用了喷淋换热技术回收矿井排风余热供热改造。项目中使用的喷淋换热技术路线，通过科学的计算结合模拟与实际工程验证，使得整体喷淋换热器对通风系统的阻力附加值达到安全标准要求。系统采用的排风热回收装置没有用任何电气元件，就达到矿井通风系统的安全要求。通过计算结合实际项目验证得知喷淋换热效率达到80%左右，系统阻力附加值不超过50Pa。布置的热回收供热系统通过合理的系统设计，整体系统运行能效达到4.0以上，且能够安全高效运行。因此，解决了矿井排风热回收由于安全问题带来的无法实施的难题，同时也解决了矿井锅炉停运无热可用的难题，杜绝了传统锅炉供热高污染高能耗问题。为矿井企业实行清洁供热提供了科学依据，也为未来建设绿色智能矿山提供了一条供热方向的技术路径。

利用该喷淋换热技术的项目在某公司下属矿井进行了实际应用，通过2019年冬季某矿实施项目的实际运行检验，初步达到了很好的运行效果，对集团下属近百座矿井提供了良好的示范作用，为矿井寻找清洁供热改造方案提供了有力的科学支撑。

结论

目前设计的换热器体积过大，给施工安装带来诸多不便，因此有必要进一步优化换热器的尺寸。实际试验运行效率约为80%，通过雾化喷嘴设计、喷雾设计和喷雾密度优化等措施，进一步提高了传热效率。该装置在低温、严寒地区的使用，会使结冰现象严重，甚至无法达到预期效果。陕北地区存在故障案例，不能盲目抄袭。该技术在低温通风矿井的应用需要进一步提高溶液换热效率，解决低温结冰现象，进一步降低附加阻力，优化换热器尺寸。为推广和应用低温通风矿井及类似矿井在寒冷地区，需要结合乙二醇等低温点换热方案进行优化设计，进一步扩大其应用范围。

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