煤矿供热系统改造可行性探讨

吴芝芹

（淮北矿业股份有限公司祁南煤矿，安徽 宿州234115）

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，祁南矿对原有供热系统进行改造。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 改造前矿井用热现状

祁南矿工广锅炉房目前安装有三台10t/h 链条炉排蒸汽锅炉及一台SHF7-1.0/95/70-AⅡ型循环流化床热水锅炉。其中一台10t/h 蒸汽锅炉常年运行，供洗浴用水加热及锅炉除氧用汽；供暖季节运行3 台10t/h 蒸汽锅炉及循环流化床热水锅炉，供矿井工业场地蒸汽和热水采暖及井筒防冻用汽。工业场地供暖方式为水暖+气暖。

2 洗浴热水供热改造方案

全矿洗浴人数2400 人，全年日均用热水约600 吨，按1000吨设计。水源为场区自建的深井水，进入地下带盖板的蓄水池储存再泵送往各个用水点，采用以下方案解决全年热水供应。

2.1 压风机余热利用

矿上场区北侧压风机房安装有英格索兰ML200 压风机1台、ML300 压风机5 台，采用风冷，正常情况下启动4 台压风机运行，偶尔运行3 台ML300 压风机，回收压风机余热，提供大部分或全部洗浴热水。

压风机余热回收不应影响压风机的安全运行，同时考虑蓄水池满水后余热回收系统与原冷却系统的自动切换。余热回收装置5 套，回收装置自来水应一步加热到位，出水温度能根据季节变化自动调整，夏季40～41℃，冬季45～46℃，水温误差±1℃，加热后的水进入蓄水池待供。压风机房与浴室之间空地建一座200 立方米地上钢筋混凝土蓄水池，贴临蓄水池东侧建保温彩板设备房，尺寸6 米×4 米×4 米，放置原水处理净化、浴室供水泵、补充热水的汽水加热装置、热水供水泵，配电柜和电气控制柜等。压风机余热回收不足部分，由蒸汽补充，设备房内汽水加热装置加热功率不小于1500kW，热水制备量不小于40t/h，汽水加热装置应采用消声和恒水温控制手段。新增管道：自来水原水接自原燃煤锅炉房接往设备房，管径DN100；热水供往浴室管道管径DN100，室外架空管道均应采取保温措施，外护0.5mm 铝板。供水泵采用恒压变频运行，流量不小于80t/h，扬程不小于25 米。采用中央远程集中控制，实现对余热回收、热水供应系统的在线远程操作（包括当前运行状态、操作、运行调整和故障报警）及能耗监管（实时显示当前水电各项能耗数据和历史数据及财务报表），达到精准化和智能化运行，通过手机APP 了解系统信息和异地操作。

图1 压风机余热利用示意图

2.2 瓦斯发电余热利用

场区西南角现安装6 台500kW 瓦斯发电机；由于进行技术改造，拆除4 台500kW 发电机，新上4 台800kW 瓦斯发电机，可利用4 台800kW 发电机烟气余热。

图2 瓦斯发电余热利用示意图

每台瓦斯发电机组烟道安装一台1.2t/h 余热蒸汽锅炉，设计压力≥0.8MPa，蒸汽汇集于分汽缸向外输送，本改造项目与发电设备更换同步进行。在瓦斯发电站附近，新建夹心彩板设备间，尺寸9 米×6 米×4 米，配备树脂软化水系统、软化水箱、余热蒸汽锅炉给水泵、配电柜及控制柜及其它附属设施。从瓦斯发电站架空敷设DN100 蒸汽管道至现燃煤锅炉房分汽缸或就近蒸汽管道与原蒸汽系统汇合，敷设长度约500 米。余热蒸汽锅炉按照恒压控制，非采暖季因只补充少量的洗浴热水和部分食堂及烘干房用蒸汽，应考虑余热锅炉超压时的自动烟气旁通。采用中央远程集中控制，实现与压风机余热回收、热水供应系统的对接和统一管理，有效利用发电系统余热，降低其它能源消耗。通过压风机余热与瓦斯发电机组烟气余热的回收，全年保障洗浴热水供应和非采暖期的蒸汽需求。

3 采暖期供热解决方案

有鉴于全年洗浴热水通过余热回收方式解决，在瓦斯电站正常运转的情况下，采暖期瓦斯发电还可以提供额外的约4t/h的蒸汽补充，办公楼及选煤厂部分建筑供暖期将采用分户空调方式提供，另外在极端情况下采用井口红外热风机提供保温等辅助措施，方案选8t/h 的蒸汽锅炉。考虑到矿区变压器容量充足，并且低谷电结算价格相对燃气等其它能源更为经济，投资性价比更高，采取谷电蓄热方式提供热源。

3.1 电热储能炉改造

在现锅炉房南侧控制室墙外空地建一座24 米×9 米×5 米夹心彩板设备房，内放置蓄热体、蒸汽发生装置、蒸发器给水装置、配电及电气控制系统，利用原有锅炉房的水处理系统、软化水箱。彩板设备房安装固体蓄热堆，蓄热输入功率7MW，输入电压6kV，蓄热温度500℃。设备间安装一台8t/h 蒸汽发生器，设计压力0.8MPa，通过热风机将在固体蓄热堆内被加热的空气再加热发生器热水制备蒸汽，蒸汽出口连接到原锅炉房分汽缸，满足冬季用热，蒸汽发生器采用恒压控制循环风机运行。蓄热砖应是耐受不低于1200℃的优质固态蓄热体。具备体积小、热容量大、蓄热能力强、性能稳定、热量释放稳定等优点，可连续运行不少于20 年免维护，且在反复加热过程中加热器不发生粉化现象。电加热材料采用电气、热力、金属特性稳定的电热合金材料。裸丝结构，加工后结构充分考虑金属热胀冷缩特性，可以反复加热，稳定性高。蓄热堆保温层采用A 级耐火材料，设备外表面温度不得高于环境温度25℃，保证使用安全。选用国内优质变频风机。具有超电流、缺相等保护功能，采用高效节能变频电机。变频电机和换热风机连接部、轴承均应是免维护部件。风机本体结构无易损件，结构节能，减振，消声。锅炉机组的控制系统须采用PLC 控制，具有全自动/本地手动/远程控制方式可供切换使用，可对加热器蓄能、风机供暖输出、供回水系统监控。系统发生异常故障时除具备报警功能外，将根据程序设定情况自动进行异常处理，保障设备的安全性。预留有向集中控制系统提供可兼容的通信接口，PLC 应采用国内外优质品牌。

3.2 井口冬季保温辅助加热方案

祁南煤矿现有副井一座，冬季保温热负荷5920kW（通风量1.6×104m3/min）；主井一座，冬季保温热负荷1110kW（通风量0.3×104m3/min），原采用燃煤锅炉房蒸汽散热器加热，进行供热改造后，仍然采用原有蒸汽保温形式。由于新装的电蓄热锅炉的蒸发量只有8t/h，不能满足低温天气的井口抗冻安全，为防止极端天气下蒸汽供应不足或锅炉房意外故障，在井口安装红外线电热风机组作为原有蒸汽加热保温的备用和辅助加热措施。

具体要求如下：在主井安装2 台500kW 红外线电热风机组，在副井安装6 台500kW 红外线电热风机组，合计8 台500kW 电热风机组，安装位置拟在原蒸汽热风加热器之间的墙壁开孔，就近于室外安装远红外热风机。加热控制单元具有本地手动控制和PLC 自动控制选择；全自动PLC 控温系统，以井筒混合风温度2℃为控制目标，采用温度数据模型算法，自动调节加热功率。单路加热功率不大于50kW 功率/路；顺序启动加热减少，对电网无冲击；单路加热调功器，调功器满载时自动加入一路加热，调功器轻载时自动切除一路加热，保证井筒混合风温度保持设定温度（2℃可调整。高强度高耐温的工业阻燃材料，安全可靠。具备对各个热风机的集中控制和视频监控，同时具有软硬件联锁，报警系统，温度、CO 瓦斯传感器，手机APP 功能。

图3 红外线电热风机组工作原理图

4 项目改造方案具体实施

在锅炉房周边新建一台1 台7000KW 固体电蓄热锅炉（包括水处理、电控柜）。在副井口加热室安装8 台500KW 热风机（副井加热室根据热风机型号尺寸进行改造或扩建）。空气压缩机和瓦斯电厂余热利用（包括热水箱，加压泵、余热设备及管道安装等）。

供暖原则：工业广场所有办公楼今年不考虑集中供热，选煤厂只对洗选车间供热，其它车间保暖工作自行安排；重点保障井口和职工浴池供热，发生极端天气，以保障井口供热为主。

供热办法：井口保温，晚上23 电至次日8 点采用8 台500KW 热风机进行保温，其余时间一台7000KW 固体电储热蒸汽锅炉供热。职工浴池，淋浴及洗浴用水，采用压风机余热和瓦斯电厂余热利用，同时采用电储热锅炉辅助供热。

5 结论

供热系统的多元化改造，充分利用了原有资源，改造量小，投资少，经济效益显著，与节能型社会发展相适应。改造后在环境保护、企业运行成本方面达到设计要求，有效解决矿井洗浴、供暖需要，以最少的投入达到最优的效果，在煤矿供暖系统改造中有推广应用价值。