劉娟娟

(潞安礦業(yè)集團(tuán)公司，山西 長(zhǎng)治 046204)

隨著全面治理環(huán)境污染，切實(shí)改善空氣質(zhì)量，促進(jìn)了供熱技術(shù)的不斷進(jìn)步，潞安集團(tuán)各單位采用的供熱方式和供熱技術(shù)也多樣化。潞安集團(tuán)各單位供熱形式可劃分為三個(gè)階段：①2006年之前，主要采用分散燃煤鍋爐供熱，通常鍋爐臺(tái)數(shù)多，蒸發(fā)量小，如王莊煤礦當(dāng)時(shí)共有小鍋爐17臺(tái)，安裝在7個(gè)鍋爐房?jī)?nèi)。②2008年之后，主要采用區(qū)域集中燃煤鍋爐供熱，一個(gè)單位只有一個(gè)鍋爐房，鍋爐蒸發(fā)容量有所提高，但都在35 t/h以下。③2017年之后，隨著煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)提高和政策壓力，區(qū)域集中供熱鍋爐房面臨改造，逐步出現(xiàn)了多種供熱方式。

潞安集團(tuán)的王莊、常村、五陽(yáng)、漳村、石圪節(jié)等礦井，附屬生產(chǎn)單位多，且有生活社區(qū)，供熱面積廣、范圍大，主要采用燃煤鍋爐區(qū)域集中供熱，鍋爐容量都在10 t/h以上，不在城市建成區(qū)范圍內(nèi)，并不屬于淘汰范圍。隨著2017年長(zhǎng)治列入“2+26”城市，要求當(dāng)年9月底前燃煤鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行特別排放限值，較之前鍋爐大氣污染物排放濃度限值提高了一倍。根據(jù)當(dāng)時(shí)鍋爐尾部煙氣處理的技術(shù)水平，35 t/h以下鍋爐改造后也很難達(dá)到特別排放限值。潞安集團(tuán)所有下屬單位面臨著是進(jìn)行鍋爐尾部煙氣改造還是采用新的供熱熱源，推動(dòng)了工業(yè)企業(yè)供熱方式的大變革?！渡轿魇〈蜈A藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》(晉政發(fā)[2018]30號(hào))更是明確規(guī)定了“2020年10月1日前，重點(diǎn)區(qū)域基本淘汰每小時(shí)35 t/h以下燃煤鍋爐。”[1]潞安集團(tuán)各單位基本位于長(zhǎng)治市內(nèi)，屬于文件中規(guī)定的重點(diǎn)區(qū)域。本文擬對(duì)潞安集團(tuán)內(nèi)部采用的供熱能源和供熱技術(shù)進(jìn)行匯總分析，希望對(duì)其它單位下一步選擇何種供熱方式提供指導(dǎo)。

1 熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱

燃煤熱電廠經(jīng)過(guò)近兩年的升級(jí)改造，大氣污染物排放濃度已經(jīng)達(dá)到超低排放要求，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱在環(huán)保、能源消耗和經(jīng)濟(jì)性方面仍然是我國(guó)目前最值得推廣和發(fā)展的集中供熱方式[2-3]。2017年潞安集團(tuán)響應(yīng)長(zhǎng)治市冬季清潔供暖、減煤控煤的要求，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展考慮，積極聯(lián)系集中供熱熱源，改造現(xiàn)有供熱系統(tǒng)，根據(jù)各單位地理位置分布，建設(shè)集中供熱管網(wǎng)，全面實(shí)施熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱工程。目前，王莊煤礦、常村煤礦、古城煤礦接入晉能集團(tuán)康莊熱源，五陽(yáng)煤礦生活區(qū)接入五陽(yáng)熱電廠熱源，漳村煤礦、石圪節(jié)煤礦、潞安二中、民爆公司及社區(qū)接入霍家溝電廠熱源，機(jī)械公司、五陽(yáng)煤礦東周風(fēng)井接入容海電廠熱源，太陽(yáng)能公司接入長(zhǎng)治市集中供熱管網(wǎng)。熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱累計(jì)替代了14個(gè)鍋爐房，燃煤鍋爐46臺(tái)，鍋爐容量760 t/h。

2 中小型區(qū)域鍋爐房集中供熱

根據(jù)鍋爐使用的能源種類不同，可分為燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐、生物質(zhì)鍋爐和電鍋爐等。燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐和生物質(zhì)鍋爐是將燃料直接燃燒，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)(通常是水)的熱能，而電鍋爐是以電力為能源，將電能轉(zhuǎn)化成工質(zhì)的熱能，把工質(zhì)加熱到滿足一定要求，再把工質(zhì)通過(guò)熱力管道輸送到需要供暖和供熱的地方。潞安集團(tuán)內(nèi)部沒(méi)有使用燃油鍋爐和生物質(zhì)鍋爐，大部分單位使用的是燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t。

2.1 燃煤鍋爐

目前司馬礦、潞寧礦、高河礦和李村礦使用中小型區(qū)域燃煤鍋爐房集中供熱，單臺(tái)鍋爐蒸發(fā)容量均在35 t/h以下，隨著長(zhǎng)治劃為“2+26”城市，所有在用燃煤鍋爐經(jīng)過(guò)改造已經(jīng)達(dá)到了大氣污染物特別排放限值要求。根據(jù)晉政發(fā)[2018]30號(hào)文件要求，所有燃煤鍋爐都在淘汰范圍內(nèi)，各個(gè)單位日前又在積極尋找新的供熱熱源。

2.2 燃?xì)忮仩t

使用燃?xì)忮仩t單位主要是焦化廠、在長(zhǎng)治市和襄垣縣煤改氣和禁煤范圍內(nèi)的單位，焦化廠使用的燃料為焦?fàn)t煤氣，其它單位為天然氣，在天然氣管網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的單位用管道供氣，不在的用罐車供氣。2017年以來(lái)，潞安集團(tuán)鐵路運(yùn)營(yíng)公司、漳村煤礦西回轅風(fēng)井、高河煤礦曉莊風(fēng)井、五陽(yáng)煤礦南豐風(fēng)井、夏店煤礦、慈林山煤礦等13個(gè)單位進(jìn)行了煤改氣，累計(jì)替代燃煤鍋爐29臺(tái)，鍋爐容量272 t/h。目前燃?xì)忮仩t面臨氣源不穩(wěn)定、價(jià)格高、需要進(jìn)行低氮改造的問(wèn)題。

2.3 電鍋爐

電鍋爐主要用在洗衣房、茶水房以及供熱規(guī)模不大的單位。不同種類的電鍋爐，主要體現(xiàn)在加熱方式的區(qū)別上，目前主要分為電阻加熱方式、紅外線加熱方式和電磁感應(yīng)加熱方式。電阻加熱也是接觸式加熱，應(yīng)用最普遍，但加熱溫度一般在300 ℃以下，具有一定局限性。紅外線加熱和電磁感應(yīng)加熱屬于非接觸式加熱，紅外線加熱方式是將電能轉(zhuǎn)化成紅外線來(lái)加熱工質(zhì)，在光能和熱能的傳遞過(guò)程中能量損失很大，加熱溫度只有300 ℃左右。電磁感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理，將電能直接轉(zhuǎn)化成工質(zhì)的熱能，無(wú)熱量傳遞過(guò)程，最高加熱溫度可達(dá)1 300 ℃以上，電熱效率可達(dá)95%以上，是目前熱利用最高的加熱方式之一。電磁感應(yīng)加熱原理見(jiàn)圖1。

圖1 電磁感應(yīng)加熱原理

3 余能供熱

余能可分為余熱和余壓兩類，通常屬于低品位能源或者少量的高品位能源。隨著熱泵技術(shù)的進(jìn)步和政策壓力，潞安集團(tuán)利用的余能有設(shè)備余熱(空壓機(jī)、瓦斯泵等)、水(礦井水、污水處理站等)、空氣、煙氣余熱、乏風(fēng)等，少數(shù)單位作為集中供熱熱源，多數(shù)單位作為非供暖季熱源。單項(xiàng)余能滿足不了供熱負(fù)荷，通常是多項(xiàng)余能一起回收利用。目前，夏店煤礦、慈林山煤礦采用空氣源熱泵作為非采暖季職工洗澡熱源；侯堡地區(qū)采用生活污水水源熱泵為夏季供應(yīng)熱水；常村煤礦、司馬煤礦、王莊煤礦、李村煤礦等單位采用空壓機(jī)余熱利用技術(shù)，配套建設(shè)空氣源熱泵和水源熱泵作為非采暖季職工洗澡熱源；潞寧西擴(kuò)區(qū)風(fēng)井采用乏風(fēng)熱泵作為作為整個(gè)風(fēng)井采暖季熱源；王莊煤礦北栗風(fēng)井采用乏風(fēng)余熱、瓦斯泵站余熱、空壓機(jī)余熱、礦井水余熱作為整個(gè)風(fēng)井采暖季熱源。王莊北栗風(fēng)井把風(fēng)井場(chǎng)地內(nèi)可以利用的余能全部進(jìn)行了回收利用。

從原理上來(lái)說(shuō)，以上這些利用形式本質(zhì)上是通過(guò)熱泵系統(tǒng)對(duì)余能進(jìn)行了回收利用，余能載體本質(zhì)未發(fā)生變化。下面重點(diǎn)介紹乏風(fēng)氧化利用技術(shù)，本質(zhì)是乏風(fēng)里面的甲烷經(jīng)過(guò)催化氧化，發(fā)生放熱反應(yīng)，然后對(duì)這部分熱量加以利用。目前，潞安投入使用的有2個(gè)乏風(fēng)氧化利用項(xiàng)目，一是高河煤礦乏風(fēng)氧化利用發(fā)電項(xiàng)目，二是常村礦瓦斯熱源撬中試項(xiàng)目。

高河煤礦乏風(fēng)氧化利用發(fā)電項(xiàng)目采用的是合同能源管理模式，主要有兩部分組成：一是乏風(fēng)氧化處理，二是氧化熱利用。乏風(fēng)與瓦斯摻混到一定濃度后，經(jīng)過(guò)由電加熱到800～900 ℃的氧化爐，發(fā)生氧化反應(yīng)(這是個(gè)放熱反應(yīng))，當(dāng)氧化反應(yīng)可以維持氧化反應(yīng)發(fā)生的環(huán)境后，停止電加熱。氧化反應(yīng)放出的熱量一部分維持氧化反應(yīng)的環(huán)境，剩余部分熱量排出氧化爐，進(jìn)入余熱鍋爐，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，然后帶動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

常村礦瓦斯熱源撬中試項(xiàng)目，同高河項(xiàng)目不同的是不需要提前加熱氧化反應(yīng)所需要的環(huán)境。常村礦項(xiàng)目最初的氧化反應(yīng)由電弧激發(fā)，氧化反應(yīng)發(fā)生后放出的熱量就會(huì)維持所需要的環(huán)境，氧化反應(yīng)就會(huì)持續(xù)進(jìn)行下去。剩余其它部分同高河礦項(xiàng)目類似。

4 結(jié) 語(yǔ)

2017年以來(lái)，供熱方式和余能利用技術(shù)在潞安得到了廣泛應(yīng)用，主要有燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、電鍋爐、集中供熱、設(shè)備余熱利用(空壓機(jī)、瓦斯抽放泵等)、水源熱泵、空氣源熱泵、乏風(fēng)余能利用(物理利用和化學(xué)利用)等。綜合考慮，熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱是采暖季當(dāng)前最應(yīng)該推廣和采用的供熱方式。非采暖季供熱各單位應(yīng)該因地制宜，選擇適合自己的供熱方式。