老矿区供暖系统节能技术改造研究

王富明

(新汶矿业集团 协庄煤矿星光建筑公司，山东 泰安271221)

1 问题的提出

协庄煤矿建于1962 年，矿区采暖开始于1984 年。 随着矿井的发展， 矿区供暖面积由最初的不足5 万m2发展到60多万m2，供暖初期只有少数几栋低层楼房，其余全部为平房，采用区域锅炉房供暖，供暖管网缺乏统一规划，设计布置不合理。 供暖管网老旧，管道腐蚀严重，出现了管道堵塞和漏水现象。 近端用户热水流速快，暖气过热，而远端用户由于管道阻力大流速慢甚至不流动，暖气不热的现象严重，出现了严重的水力失调问题而导致了热力失调。 不热用户大量放水来使暖气循环，每天的补水量达500 多m3，使供暖效果雪上加霜。 供暖锅炉热效率低，供暖设备老旧；外网管道保温使用岩棉和油毛毡，保温效果差，大量的水资源及热能和电能白白浪费掉了。 再者缺乏有效的供暖计量收费措施，暖气费是按住宅的使用面积收取，暖气过热用户都不会主动调节暖气阀门。 上述问题已严重影响到矿区供暖工作的正常进行。

为了改变这种状况，自20 世纪90 年代中期，对供暖方式、供暖管网系统、供暖分户计量进行了节能改造。 应用了一系列的新设备、新技术。 截至去年底，该供暖系统已基本改造完成，取得了较好的节能效果。

2 由热电厂集中供暖替代锅炉房供暖

矿区供暖系统分为居民区和办公区， 采暖面积达60 余万m2，其中居民区55.9 万m2，办公区4.1 万m2，原由两个区域锅炉房供暖，共安装8 台锅炉，总装机容量42.4MW。 锅炉热效率较低，仅为60%左右，能耗高，废弃废渣排放污染环境严重，设备维修工作量大，劳动强度高。

该矿于1995 年7 月建成一座自备煤矸石发电厂， 安装了三台75T/h 的循环流化床锅炉， 并安装有抽气轮机和凝汽轮机。 由于电厂锅炉热效率高达90%以上，机械化程度高，与供暖锅炉比起来能耗大幅度降低，减少环境污染，符合国家节能减排的政策。 电厂投用后，在办公区建了一处热交换站。从电厂分汽缸上敷设了一根D377*8 的蒸汽管路至该换热站，安装了换热面积为45m2的浮头式换热器，气源是从电厂抽汽轮机向外抽气，抽气压力为0.4Mpa,蒸汽温度为245℃。办公区4.1 万m2的供暖由此换热站来承担。居民区距离电厂1300 米，敷设了一根D426*8 的蒸汽管路至居民区换热站，安装了18 台QCJ-QS-4 型强化供热节能型汽水换热器，每台换热面积为56m2。 更新了循环水泵，选用效率较高的SR150 型热水循环泵。 补水系统也进行了升级，用智能稳压膨胀罐进行定压，带有自动补水装置，实现了根据供暖系统压力的高低自动进行补水，解决了人工补水压力忽高忽低供暖系统不稳定的问题。 为供暖系统的正常运行和节能打下了坚实的基础。

3 供暖管网的节能改造

由于供暖管网存在这设计不合理，系统不平衡，管径偏小，管道老化管道阻力大，管道保温效果差的问题。 热源改造完成后，开始对供暖管网进行了改造。 由于枝状管网布置简单，金属耗量小，投资小，运行管理方便，采用了枝状管网的供暖方式。 对供暖系统进行了合理的分区，分为靖南区、旭东区、霞西区和仰北区。 从热交换站供出的主管径采用D500 的钢管，然后进行分支进入四个区，将原老旧的供暖管线全部拆除，更换为新的管道。这样大大减小了管道阻力。为了调节管网平衡， 在各分支管段和各楼的引入口上均安装平衡阀，通过计算出每个采暖系统供暖需要的流量，通过平衡阀的测压水阀与专用智能仪表连接，仪表可显示出流经阀门的流量值，经与仪表人机对话后，向仪表输入该平衡阀处要求的流量值后，仪表经过计算分析，得出管路系统达到水力平衡的该阀门的开度值， 然后通过改变平衡阀阀芯与阀座的间隙，改变热水流经阀门的水流阻力，调节达到合适的流量。

管道保温的目的是减少热损失，使热水温降要小，以满足供暖的要求，同时保证热媒在循环过程中不冻结。 这就要求保温材料传热系数要小，重量轻，强度高，防水耐温，聚氨酯材料具有这些特点。 新管网全部采用了现场发泡的聚氨酯保温，保护层选用玻璃丝布外刷玻璃钢漆形成一层坚固的玻璃钢外壳，使用寿命可达几十年。 用这种保温方式，热损失大大降低，节能效果显著。

4 完善分户供暖和分户计量

矿区的建筑物原室内供暖系统全部采用上供下回单管垂直顺序式热水采暖系统， 一个单元共用一根采暖立管，一供都供，一停全停，无法进行分户计量，只能按供暖面积进行收费。 单位面积用热量多少交费相同，导致了供暖矛盾的突出，而分户计量是解决热网平衡的最有效的办法。

自2012 年起， 从旭东区开始对室内供暖系统进行了改造，实行分户供暖。 管材选用重量轻，耐腐蚀性能好，水流损失小，安装方便的PE 管，在入户供水支管上安装温控阀，以实现分户自动温控。 在每个房间的回水管路上设置自力式温控阀组，通过温控阀组来设定室内温度，当室内温度高于设定温度时，温控阀的开度关小，低于设定温度时开度则开大。可有效地防止热力失调。 同时各用户入口均安装BRC 20 型超声波热量表，流量传感器设在回水管路上。 截至目前共改造完成2000 户，按用热量进行收费，这样用户出门或者房间温度过高时自动减小供暖水流量，供暖效果和节能效果大为改善。

5 新技术新设备取代传统的供暖模式

进入21 世纪以来，随着供暖新型节能设备的不断涌现，传统的供暖模式已经发生了质的改变。 水源热泵技术作为一项新型的节能技术因为具有绿色环保、 节能效果好的优点，应用日趋广泛。 其制冷系数COP 可达到3.5,节能效果可达到30%以上。由于该技术节能效果显著，对矿办公区的供暖方式进行了改造。 将矿办公区的热交换站取掉， 安装了一套WPS420.2B 型单螺杆水源热泵机组，由麦克维尔中央空调有限公司济南分公司生产， 办公区房间内全部更换为风机盘管，夏季为办公区41000m2的建筑供冷，冬季为其供暖。 而夏季的冷源和冬季的热源用矿井-50 水平较为洁净的矿井水，该水源水温一直保持在18℃左右， 满足水源热泵机组的要求。 运行两年来，制冷和制热效果均达到预期效果。

6 电厂循环水的应用

该自备电厂安装有凝汽式汽轮机，原来的冷却方式是用冷却塔将冷却汽轮机的循环水进行冷却，大量的热量从冷却塔进入大气，造成了极大的能源浪费。 为了利用这部分热量，2007 年对居民区热交换站进行了改造， 取消了该热交换站。用冷凝机组在供暖期间降低真空度运行的方式，把冷凝器作为热网的回水加热器。 用D500 的管道与居民区供暖管网进行并网，由热水系统的循环水向居民区供暖，以居民区热用户作为冷源。 供热期间，其供水温度可达到70℃，回水温度50℃。 通过采用汽轮机冷却水供暖模式， 充分利用了冷源损失，热能利用效率大幅度提高，同时取得了良好的供暖效果。

7 结束语

综上所述，以热电厂为热源实现热电联产，热能利用效率高；而利用水源热泵等新技术、电厂循环水的综合利用节能效果显著；改造供暖管网，实行供暖分户计量是改善供暖效果、节约能源、减少CO2排放的最有效的措施。 同时在以后的供暖改造中，循环水泵的变频控制技术和气候补偿器的应用将为供暖节能工作注入新的活力。 通过供暖节能改造，改造前每个采暖季平均用标煤25000 吨左右。 而改造完成后，采暖热指标大幅度下降，用煤量仅为8856 吨标煤，年节约标煤量16144 吨，折合1000 余万元。 同时节约了设备用电和人力物力，减少了大量的CO2排放量，保护了大气环境，取得了良好的经济效益和社会效益。

［1］贺平.供热工程[M].中国建筑工业出版社.

［2］陆耀庆.实用供热空调设计手册[S].中国建筑工业出版社.