老礦區供暖系統節能技術改造研究

王富明

(新汶礦業集團 協莊煤礦星光建筑公司，山東 泰安271221)

1 問題的提出

協莊煤礦建于1962 年，礦區采暖開始于1984 年。 隨著礦井的發展， 礦區供暖面積由最初的不足5 萬m2發展到60多萬m2，供暖初期只有少數幾棟低層樓房，其余全部為平房，采用區域鍋爐房供暖，供暖管網缺乏統一規劃，設計布置不合理。 供暖管網老舊，管道腐蝕嚴重，出現了管道堵塞和漏水現象。 近端用戶熱水流速快，暖氣過熱，而遠端用戶由于管道阻力大流速慢甚至不流動，暖氣不熱的現象嚴重，出現了嚴重的水力失調問題而導致了熱力失調。 不熱用戶大量放水來使暖氣循環，每天的補水量達500 多m3，使供暖效果雪上加霜。 供暖鍋爐熱效率低，供暖設備老舊；外網管道保溫使用巖棉和油毛氈，保溫效果差，大量的水資源及熱能和電能白白浪費掉了。 再者缺乏有效的供暖計量收費措施，暖氣費是按住宅的使用面積收取，暖氣過熱用戶都不會主動調節暖氣閥門。 上述問題已嚴重影響到礦區供暖工作的正常進行。

為了改變這種狀況，自20 世紀90 年代中期，對供暖方式、供暖管網系統、供暖分戶計量進行了節能改造。 應用了一系列的新設備、新技術。 截至去年底，該供暖系統已基本改造完成，取得了較好的節能效果。

2 由熱電廠集中供暖替代鍋爐房供暖

礦區供暖系統分為居民區和辦公區， 采暖面積達60 余萬m2，其中居民區55.9 萬m2，辦公區4.1 萬m2，原由兩個區域鍋爐房供暖，共安裝8 臺鍋爐，總裝機容量42.4MW。 鍋爐熱效率較低，僅為60%左右，能耗高，廢棄廢渣排放污染環境嚴重，設備維修工作量大，勞動強度高。

該礦于1995 年7 月建成一座自備煤矸石發電廠， 安裝了三臺75T/h 的循環流化床鍋爐， 并安裝有抽氣輪機和凝汽輪機。 由于電廠鍋爐熱效率高達90%以上，機械化程度高，與供暖鍋爐比起來能耗大幅度降低，減少環境污染，符合國家節能減排的政策。 電廠投用后，在辦公區建了一處熱交換站。從電廠分汽缸上敷設了一根D377*8 的蒸汽管路至該換熱站，安裝了換熱面積為45m2的浮頭式換熱器，氣源是從電廠抽汽輪機向外抽氣，抽氣壓力為0.4Mpa,蒸汽溫度為245℃。辦公區4.1 萬m2的供暖由此換熱站來承擔。居民區距離電廠1300 米，敷設了一根D426*8 的蒸汽管路至居民區換熱站，安裝了18 臺QCJ-QS-4 型強化供熱節能型汽水換熱器，每臺換熱面積為56m2。 更新了循環水泵，選用效率較高的SR150 型熱水循環泵。 補水系統也進行了升級，用智能穩壓膨脹罐進行定壓，帶有自動補水裝置，實現了根據供暖系統壓力的高低自動進行補水，解決了人工補水壓力忽高忽低供暖系統不穩定的問題。 為供暖系統的正常運行和節能打下了堅實的基礎。

3 供暖管網的節能改造

由于供暖管網存在這設計不合理，系統不平衡，管徑偏小，管道老化管道阻力大，管道保溫效果差的問題。 熱源改造完成后，開始對供暖管網進行了改造。 由于枝狀管網布置簡單，金屬耗量小，投資小，運行管理方便，采用了枝狀管網的供暖方式。 對供暖系統進行了合理的分區，分為靖南區、旭東區、霞西區和仰北區。 從熱交換站供出的主管徑采用D500 的鋼管，然后進行分支進入四個區，將原老舊的供暖管線全部拆除，更換為新的管道。這樣大大減小了管道阻力。為了調節管網平衡， 在各分支管段和各樓的引入口上均安裝平衡閥，通過計算出每個采暖系統供暖需要的流量，通過平衡閥的測壓水閥與專用智能儀表連接，儀表可顯示出流經閥門的流量值，經與儀表人機對話后，向儀表輸入該平衡閥處要求的流量值后，儀表經過計算分析，得出管路系統達到水力平衡的該閥門的開度值， 然后通過改變平衡閥閥芯與閥座的間隙，改變熱水流經閥門的水流阻力，調節達到合適的流量。

管道保溫的目的是減少熱損失，使熱水溫降要小，以滿足供暖的要求，同時保證熱媒在循環過程中不凍結。 這就要求保溫材料傳熱系數要小，重量輕，強度高，防水耐溫，聚氨酯材料具有這些特點。 新管網全部采用了現場發泡的聚氨酯保溫，保護層選用玻璃絲布外刷玻璃鋼漆形成一層堅固的玻璃鋼外殼，使用壽命可達幾十年。 用這種保溫方式，熱損失大大降低，節能效果顯著。

4 完善分戶供暖和分戶計量

礦區的建筑物原室內供暖系統全部采用上供下回單管垂直順序式熱水采暖系統， 一個單元共用一根采暖立管，一供都供，一停全停，無法進行分戶計量，只能按供暖面積進行收費。 單位面積用熱量多少交費相同，導致了供暖矛盾的突出，而分戶計量是解決熱網平衡的最有效的辦法。

自2012 年起， 從旭東區開始對室內供暖系統進行了改造，實行分戶供暖。 管材選用重量輕，耐腐蝕性能好，水流損失小，安裝方便的PE 管，在入戶供水支管上安裝溫控閥，以實現分戶自動溫控。 在每個房間的回水管路上設置自力式溫控閥組，通過溫控閥組來設定室內溫度，當室內溫度高于設定溫度時，溫控閥的開度關小，低于設定溫度時開度則開大。可有效地防止熱力失調。 同時各用戶入口均安裝BRC 20 型超聲波熱量表，流量傳感器設在回水管路上。 截至目前共改造完成2000 戶，按用熱量進行收費，這樣用戶出門或者房間溫度過高時自動減小供暖水流量，供暖效果和節能效果大為改善。

5 新技術新設備取代傳統的供暖模式

進入21 世紀以來，隨著供暖新型節能設備的不斷涌現，傳統的供暖模式已經發生了質的改變。 水源熱泵技術作為一項新型的節能技術因為具有綠色環保、 節能效果好的優點，應用日趨廣泛。 其制冷系數COP 可達到3.5,節能效果可達到30%以上。由于該技術節能效果顯著，對礦辦公區的供暖方式進行了改造。 將礦辦公區的熱交換站取掉， 安裝了一套WPS420.2B 型單螺桿水源熱泵機組，由麥克維爾中央空調有限公司濟南分公司生產， 辦公區房間內全部更換為風機盤管，夏季為辦公區41000m2的建筑供冷，冬季為其供暖。 而夏季的冷源和冬季的熱源用礦井-50 水平較為潔凈的礦井水，該水源水溫一直保持在18℃左右， 滿足水源熱泵機組的要求。 運行兩年來，制冷和制熱效果均達到預期效果。

6 電廠循環水的應用

該自備電廠安裝有凝汽式汽輪機，原來的冷卻方式是用冷卻塔將冷卻汽輪機的循環水進行冷卻，大量的熱量從冷卻塔進入大氣，造成了極大的能源浪費。 為了利用這部分熱量，2007 年對居民區熱交換站進行了改造， 取消了該熱交換站。用冷凝機組在供暖期間降低真空度運行的方式，把冷凝器作為熱網的回水加熱器。 用D500 的管道與居民區供暖管網進行并網，由熱水系統的循環水向居民區供暖，以居民區熱用戶作為冷源。 供熱期間，其供水溫度可達到70℃，回水溫度50℃。 通過采用汽輪機冷卻水供暖模式， 充分利用了冷源損失，熱能利用效率大幅度提高，同時取得了良好的供暖效果。

7 結束語

綜上所述，以熱電廠為熱源實現熱電聯產，熱能利用效率高；而利用水源熱泵等新技術、電廠循環水的綜合利用節能效果顯著；改造供暖管網，實行供暖分戶計量是改善供暖效果、節約能源、減少CO2排放的最有效的措施。 同時在以后的供暖改造中，循環水泵的變頻控制技術和氣候補償器的應用將為供暖節能工作注入新的活力。 通過供暖節能改造，改造前每個采暖季平均用標煤25000 噸左右。 而改造完成后，采暖熱指標大幅度下降，用煤量僅為8856 噸標煤，年節約標煤量16144 噸，折合1000 余萬元。 同時節約了設備用電和人力物力，減少了大量的CO2排放量，保護了大氣環境，取得了良好的經濟效益和社會效益。

［1］賀平.供熱工程[M].中國建筑工業出版社.

［2］陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[S].中國建筑工業出版社.