導(dǎo)語：礦區(qū)供熱改造節(jié)能設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對西北一礦區(qū)目前燃煤供熱鍋爐需要拆除的問題，根據(jù)礦區(qū)實(shí)際運(yùn)行情況，提出空氣源熱泵和電鍋爐供熱方案，并進(jìn)行了詳細(xì)比對，確定了最終的實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；空氣源熱泵；電鍋爐；節(jié)能設(shè)計(jì)

新《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》、GB13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)實(shí)施，需改造的鍋爐所在地區(qū)對于具備拆除條件的20t以下燃煤采暖小鍋爐實(shí)施拆除；環(huán)保局聯(lián)合對所在區(qū)域的燃煤鍋爐進(jìn)行檢查，對檢查過程中存在問題的企業(yè)提出了限期整改要求；對已經(jīng)安裝污染防治設(shè)施的燃煤企業(yè)提出要求，即對現(xiàn)有設(shè)備加強(qiáng)維護(hù)和保養(yǎng)，確保冬季采暖期的大氣污染防治設(shè)施正常高效運(yùn)行，污染物達(dá)標(biāo)排放。本文所改造的手燒0.35MW燃煤鍋爐在拆除范圍內(nèi)，鍋爐房泵和軟水器已投運(yùn)10a，已過了使用期，此次一并考慮改造。

1概述

礦區(qū)位于西北地區(qū)寧夏一工業(yè)園區(qū)（冬季采暖室外計(jì)算溫度-16℃，最惡劣氣溫為-23℃），此次改造的是礦區(qū)內(nèi)的一水廠。水廠負(fù)責(zé)給礦區(qū)內(nèi)十幾個(gè)煤礦供生產(chǎn)、生活用水，其穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)乎到周邊煤礦的穩(wěn)定運(yùn)行。水廠原鍋爐房有一臺(tái)手燒的恒壓0.35MW燃煤熱水鍋爐（供回水溫度85℃/60℃）、給水泵組2臺(tái)（1用1備）、暖管循環(huán)泵組2臺(tái)（1用1備）、1套鈉離子交換器和1個(gè)軟化水箱。空氣源熱泵方案是利用空氣源熱泵取代原燃煤鍋爐提供熱源，更換采暖循環(huán)泵等破損設(shè)備后，保留原供熱管道向用戶散熱器或地暖管道供暖外，在采暖循環(huán)泵后增加另一供熱管道向各用戶風(fēng)機(jī)盤管提供熱水（冷水）。電鍋爐方案是利用電鍋爐代替原燃煤鍋爐，更換采暖循環(huán)泵等損壞設(shè)備，其他供熱系統(tǒng)不變。

2方案設(shè)計(jì)

水廠廠區(qū)方圓5km沒有天然氣管道，沒有集中供暖熱源，由于其總用熱負(fù)荷只有301.7kW，且廠內(nèi)用電有一定富余量，此次設(shè)計(jì)考慮使用節(jié)能效果好的空氣源熱泵和潔凈電能電鍋爐。

2.1熱負(fù)荷校核

經(jīng)對水廠廠區(qū)建筑物進(jìn)行現(xiàn)場測量、復(fù)核后，根據(jù)體積采暖指標(biāo)計(jì)算，水廠熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況如表1所。根據(jù)計(jì)算，水廠總熱負(fù)荷為287.8kW，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷計(jì)算如下：采暖耗熱量為287.3kW，室外管網(wǎng)漏損系數(shù)取1.05，供熱總熱負(fù)荷為301.7kW。水廠人員洗浴采用電熱水器，不在此次改造范圍內(nèi)，所需熱負(fù)荷不予考慮。

2.2空氣源熱泵

空氣源熱泵采用電能驅(qū)動(dòng)，從空氣中吸取熱量，并將其傳輸給高溫?zé)嵩匆怨┦褂谩鬏數(shù)礁邷責(zé)嵩粗械臒崃坎粌H大于所消耗的能量，也大于從空氣中吸收的能量。在經(jīng)濟(jì)工況下，空氣源熱泵系統(tǒng)消耗1個(gè)單位的能量，至少可從空氣中提取2個(gè)單位的能量，合在一起就可以輸出3個(gè)單位的能量?？諝庠礋岜霉ぷ髟砣鐖D1所示[1]。2.2.1設(shè)備選型a)空氣源熱泵選型。設(shè)計(jì)采用風(fēng)冷超低溫?zé)岜脵C(jī)組4臺(tái)，具體參數(shù)如表2所示。制熱修正系數(shù)選擇0.63[2]（對應(yīng)溫度下實(shí)際制熱量與理論制熱量比值，由實(shí)驗(yàn)所得），4臺(tái)熱泵機(jī)組總制熱量（-16℃）為124×0.63×4≈312.5kW。b)采暖循環(huán)泵選型。循環(huán)水泵的總流量按向熱用戶提供的熱水總流量1.1倍選取，熱網(wǎng)循環(huán)水泵揚(yáng)程計(jì)算公式為：H=1.2×(H1+H2+H3+H4+H5)，(1)式(1)中，H為熱網(wǎng)循環(huán)水泵揚(yáng)程，m；H1為熱水通過熱網(wǎng)加熱器的流動(dòng)阻力，m；H2，H3為熱水通過供回水熱網(wǎng)管道的流動(dòng)阻力，m；H4為熱水再熱用戶或熱力站的壓力損失，m；H5為熱源系統(tǒng)內(nèi)部其他（過濾器、閥門等處）的壓力損失，m。重新計(jì)算得，新泵流量Q=25.3m3/h，H=25m，電機(jī)功率N=3kW，適用溫度0～200℃，采暖循環(huán)泵共設(shè)3臺(tái)，2用1備，在原泵位置安裝。c)定壓水泵。定壓泵補(bǔ)水量不應(yīng)小于循環(huán)流量的4%，補(bǔ)水壓力不應(yīng)小于補(bǔ)水點(diǎn)的壓力，并應(yīng)留有30～50kPa的富裕壓力。計(jì)算可得，新泵Q=2m3/h，H=16.4m，N=0.75kW，適用溫度0～200℃，定壓水泵共設(shè)2臺(tái)，1用1備，在原泵位置安裝。d)軟化水系統(tǒng)選型。原離子交換器已不能使用，現(xiàn)運(yùn)行鍋爐結(jié)垢嚴(yán)重。此次改造更換離子交換器，更換后水處理能力為2m3/h，N=0.75kW。原軟化水箱2000mm×1000mm×1500mm，設(shè)備完好，滿足使用要求，此次改造不更換。2.2.2末端改造此方案設(shè)計(jì)后，供暖水量為25m3/h。根據(jù)水力學(xué)計(jì)算，保留原DN100供暖管道，在采暖循環(huán)泵后增加一路DN150供熱分支管路，沿原DN100管路在地溝內(nèi)敷設(shè)至各個(gè)用戶，管道采用聚氨酯保溫，在終端生活建筑處各房間增加風(fēng)機(jī)盤管，考慮到美觀性，選擇卡式四吹型，將其吊裝在每個(gè)房間屋頂，供回水沿屋頂明敷設(shè)；在泵房等較高的工業(yè)建筑內(nèi)，考慮供熱效率，每個(gè)房內(nèi)增加立式暖風(fēng)機(jī)，安裝在屋內(nèi)3m高墻面上。管道均采用無縫鋼管，所有管道及附屬設(shè)施均需保溫，管道除銹后刷防銹漆一道，后采用聚氨酯保溫，保溫層厚度60mm，外層采用4mm厚白鐵皮外殼，在管路高點(diǎn)及低點(diǎn)處設(shè)置排氣和泄水裝置，閥門采用耐高溫焊接蝶閥。2.2.3拆除設(shè)備此方案拆除原鍋爐房采暖循環(huán)泵2臺(tái)，定壓補(bǔ)水泵2臺(tái)，軟水器1臺(tái)，燃煤鍋爐1臺(tái)（水廠早期廢棄鍋爐），在泵和軟水器位置安裝更換后的新設(shè)備，廢棄燃煤鍋爐拆除后當(dāng)作配電室。拆除工作完成后，對鍋爐房進(jìn)行平整、簡單裝修。

2.3電鍋爐

電鍋爐也稱電加熱鍋爐，指功率因數(shù)接近1的高阻性電阻絲通電后發(fā)熱，熱量通過絕緣的熱量導(dǎo)體將熱傳到電熱管管壁，通過電熱管管壁換熱將熱量傳遞給水，進(jìn)而向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機(jī)熱載體的鍋爐設(shè)備[3]。2.3.1設(shè)備選型a)電鍋爐選型。水廠總熱負(fù)荷為301.7kW，選擇電阻式電熱水鍋爐WDZ0.315-0.7/95/70，輸入功率0.315MW，鍋爐尺寸（長×寬×高）為1.7m×1.3m×1.06m。負(fù)荷控制可分為4級(jí)，90kW一級(jí)；功率20%～100%可調(diào)；鍋爐效率>99%；鍋爐壽命為30a，使用壽命為20000h。b)采暖循環(huán)泵選型。采暖循環(huán)泵一并更換，更換后的泵Q=12.5m3/h，H=25m，N=1.5kW，適用溫度0～200℃，共設(shè)2臺(tái)，1用1備，在原泵位置上安裝。c)定壓水泵選型。新泵Q=0.5m3/h，H=16m，N=0.55kW，適用溫度0～200℃，共設(shè)2臺(tái)，1用1備，在原泵位置上安裝。d)軟化水系統(tǒng)選型。原軟化水系統(tǒng)需更換為水處理能力為0.5m3/h，N=0.55kW的新系統(tǒng)。原軟化水箱尺寸為2000mm×1000mm×1500mm，設(shè)備完好，滿足使用要求，不做更換。2.3.2末端改造此方案供熱室外管網(wǎng)無需改造，均可滿足目前采暖需求。2.3.3拆除設(shè)備此方案拆除原鍋爐房采暖循環(huán)泵2臺(tái)，定壓補(bǔ)水泵2臺(tái)，軟水器1臺(tái)，燃煤鍋爐1臺(tái)（水廠早期廢棄鍋爐），在泵和軟水器位置安裝更換后的新設(shè)備，廢棄燃煤鍋爐拆除后當(dāng)作配電室，引風(fēng)機(jī)拆除后安裝電鍋爐。拆除后對鍋爐房進(jìn)行平整、簡單裝修。

3經(jīng)濟(jì)性對比

3.1建設(shè)成本

空氣源熱泵方案總投資約2.9982×106元，電鍋爐方案總投資約1.6358×106元。

3.2運(yùn)行成本

運(yùn)行成本概算參照國家能源局2011年的《煤炭工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)實(shí)施細(xì)則》（第三版）以及結(jié)合現(xiàn)行財(cái)務(wù)制度規(guī)定的成本開支范圍，根據(jù)設(shè)計(jì)工藝，以當(dāng)?shù)氐娜斯?、材料、電力等價(jià)格為基礎(chǔ)，其中，采暖期為153d，每天滿負(fù)荷運(yùn)行16h。按成本費(fèi)用要素進(jìn)行計(jì)算，正常生產(chǎn)年份的成本如下：綜合電價(jià)按0.48元/(kW·h)計(jì)算；水費(fèi)按2.7元/t計(jì)價(jià)；風(fēng)源熱泵或電鍋爐操作簡單，無需專職人員監(jiān)管，不存在職工薪酬問題；非煤設(shè)備修理費(fèi)取安裝工程和設(shè)備購置費(fèi)的2.5%；折舊年限按規(guī)定計(jì)算，設(shè)備為15a；攤銷費(fèi)按規(guī)定計(jì)算，設(shè)備運(yùn)行期為10a?？偟某杀窘?jīng)營分析費(fèi)用如表3所示。

4結(jié)語

空氣源熱泵為節(jié)能型加熱設(shè)備，但是水廠地處西北，冬季溫度較低（-16℃），供熱修正系數(shù)較小。根據(jù)JGJ26—2018《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》可知，寒冷地區(qū)熱風(fēng)機(jī)組制熱系數(shù)COP不應(yīng)小于2.0。為保證最冷期采暖，綜合考慮建設(shè)成本和運(yùn)行成本，建議礦區(qū)水廠使用電鍋爐。

參考文獻(xiàn)：

［1］林濤.空氣源熱泵的原理及發(fā)展現(xiàn)狀［J］.建筑知識(shí)（學(xué)術(shù)刊），2012(4)：152-153.

［2］杜玉清.空氣源熱泵熱水系統(tǒng)研究［J］.制冷與空調(diào)，2015，15(10)：25-29.

［3］馬峰.電鍋爐的控制系統(tǒng)淺析［J］.技術(shù)探討，2015(22)：12920-12922.

作者：高麗霞 李小艷 單位：國能集團(tuán)寧煤設(shè)計(jì)研究院環(huán)保市政分院