潞安集团多能源供热方式及余能利用技术分析

刘娟娟

(潞安矿业集团公司，山西 长治 046204)

随着全面治理环境污染，切实改善空气质量，促进了供热技术的不断进步，潞安集团各单位采用的供热方式和供热技术也多样化。潞安集团各单位供热形式可划分为三个阶段：①2006年之前，主要采用分散燃煤锅炉供热，通常锅炉台数多，蒸发量小，如王庄煤矿当时共有小锅炉17台，安装在7个锅炉房内。②2008年之后，主要采用区域集中燃煤锅炉供热，一个单位只有一个锅炉房，锅炉蒸发容量有所提高，但都在35 t/h以下。③2017年之后，随着烟气排放标准提高和政策压力，区域集中供热锅炉房面临改造，逐步出现了多种供热方式。

潞安集团的王庄、常村、五阳、漳村、石圪节等矿井，附属生产单位多，且有生活社区，供热面积广、范围大，主要采用燃煤锅炉区域集中供热，锅炉容量都在10 t/h以上，不在城市建成区范围内，并不属于淘汰范围。随着2017年长治列入“2+26”城市，要求当年9月底前燃煤锅炉大气污染物排放标准执行特别排放限值，较之前锅炉大气污染物排放浓度限值提高了一倍。根据当时锅炉尾部烟气处理的技术水平，35 t/h以下锅炉改造后也很难达到特别排放限值。潞安集团所有下属单位面临着是进行锅炉尾部烟气改造还是采用新的供热热源，推动了工业企业供热方式的大变革。《山西省打赢蓝天保卫战三年行动计划》(晋政发[2018]30号)更是明确规定了“2020年10月1日前，重点区域基本淘汰每小时35 t/h以下燃煤锅炉。”[1]潞安集团各单位基本位于长治市内，属于文件中规定的重点区域。本文拟对潞安集团内部采用的供热能源和供热技术进行汇总分析，希望对其它单位下一步选择何种供热方式提供指导。

1 热电联产集中供热

燃煤热电厂经过近两年的升级改造，大气污染物排放浓度已经达到超低排放要求，结合我国国情，热电联产集中供热在环保、能源消耗和经济性方面仍然是我国目前最值得推广和发展的集中供热方式[2-3]。2017年潞安集团响应长治市冬季清洁供暖、减煤控煤的要求，从长远发展考虑，积极联系集中供热热源，改造现有供热系统，根据各单位地理位置分布，建设集中供热管网，全面实施热电联产集中供热工程。目前，王庄煤矿、常村煤矿、古城煤矿接入晋能集团康庄热源，五阳煤矿生活区接入五阳热电厂热源，漳村煤矿、石圪节煤矿、潞安二中、民爆公司及社区接入霍家沟电厂热源，机械公司、五阳煤矿东周风井接入容海电厂热源，太阳能公司接入长治市集中供热管网。热电联产集中供热累计替代了14个锅炉房，燃煤锅炉46台，锅炉容量760 t/h。

2 中小型区域锅炉房集中供热

根据锅炉使用的能源种类不同，可分为燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、生物质锅炉和电锅炉等。燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉和生物质锅炉是将燃料直接燃烧，将燃料的化学能转换成工质(通常是水)的热能，而电锅炉是以电力为能源，将电能转化成工质的热能，把工质加热到满足一定要求，再把工质通过热力管道输送到需要供暖和供热的地方。潞安集团内部没有使用燃油锅炉和生物质锅炉，大部分单位使用的是燃煤锅炉和燃气锅炉。

2.1 燃煤锅炉

目前司马矿、潞宁矿、高河矿和李村矿使用中小型区域燃煤锅炉房集中供热，单台锅炉蒸发容量均在35 t/h以下，随着长治划为“2+26”城市，所有在用燃煤锅炉经过改造已经达到了大气污染物特别排放限值要求。根据晋政发[2018]30号文件要求，所有燃煤锅炉都在淘汰范围内，各个单位日前又在积极寻找新的供热热源。

2.2 燃气锅炉

使用燃气锅炉单位主要是焦化厂、在长治市和襄垣县煤改气和禁煤范围内的单位，焦化厂使用的燃料为焦炉煤气，其它单位为天然气，在天然气管网覆盖范围内的单位用管道供气，不在的用罐车供气。2017年以来，潞安集团铁路运营公司、漳村煤矿西回辕风井、高河煤矿晓庄风井、五阳煤矿南丰风井、夏店煤矿、慈林山煤矿等13个单位进行了煤改气，累计替代燃煤锅炉29台，锅炉容量272 t/h。目前燃气锅炉面临气源不稳定、价格高、需要进行低氮改造的问题。

2.3 电锅炉

电锅炉主要用在洗衣房、茶水房以及供热规模不大的单位。不同种类的电锅炉，主要体现在加热方式的区别上，目前主要分为电阻加热方式、红外线加热方式和电磁感应加热方式。电阻加热也是接触式加热，应用最普遍，但加热温度一般在300 ℃以下，具有一定局限性。红外线加热和电磁感应加热属于非接触式加热，红外线加热方式是将电能转化成红外线来加热工质，在光能和热能的传递过程中能量损失很大，加热温度只有300 ℃左右。电磁感应加热是利用电磁感应原理，将电能直接转化成工质的热能，无热量传递过程，最高加热温度可达1 300 ℃以上，电热效率可达95%以上，是目前热利用最高的加热方式之一。电磁感应加热原理见图1。

图1 电磁感应加热原理

3 余能供热

余能可分为余热和余压两类，通常属于低品位能源或者少量的高品位能源。随着热泵技术的进步和政策压力，潞安集团利用的余能有设备余热(空压机、瓦斯泵等)、水(矿井水、污水处理站等)、空气、烟气余热、乏风等，少数单位作为集中供热热源，多数单位作为非供暖季热源。单项余能满足不了供热负荷，通常是多项余能一起回收利用。目前，夏店煤矿、慈林山煤矿采用空气源热泵作为非采暖季职工洗澡热源；侯堡地区采用生活污水水源热泵为夏季供应热水；常村煤矿、司马煤矿、王庄煤矿、李村煤矿等单位采用空压机余热利用技术，配套建设空气源热泵和水源热泵作为非采暖季职工洗澡热源；潞宁西扩区风井采用乏风热泵作为作为整个风井采暖季热源；王庄煤矿北栗风井采用乏风余热、瓦斯泵站余热、空压机余热、矿井水余热作为整个风井采暖季热源。王庄北栗风井把风井场地内可以利用的余能全部进行了回收利用。

从原理上来说，以上这些利用形式本质上是通过热泵系统对余能进行了回收利用，余能载体本质未发生变化。下面重点介绍乏风氧化利用技术，本质是乏风里面的甲烷经过催化氧化，发生放热反应，然后对这部分热量加以利用。目前，潞安投入使用的有2个乏风氧化利用项目，一是高河煤矿乏风氧化利用发电项目，二是常村矿瓦斯热源撬中试项目。

高河煤矿乏风氧化利用发电项目采用的是合同能源管理模式，主要有两部分组成：一是乏风氧化处理，二是氧化热利用。乏风与瓦斯掺混到一定浓度后，经过由电加热到800～900 ℃的氧化炉，发生氧化反应(这是个放热反应)，当氧化反应可以维持氧化反应发生的环境后，停止电加热。氧化反应放出的热量一部分维持氧化反应的环境，剩余部分热量排出氧化炉，进入余热锅炉，产生高温高压蒸汽，然后带动汽轮发电机组发电。

常村矿瓦斯热源撬中试项目，同高河项目不同的是不需要提前加热氧化反应所需要的环境。常村矿项目最初的氧化反应由电弧激发，氧化反应发生后放出的热量就会维持所需要的环境，氧化反应就会持续进行下去。剩余其它部分同高河矿项目类似。

4 结 语

2017年以来，供热方式和余能利用技术在潞安得到了广泛应用，主要有燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉、集中供热、设备余热利用(空压机、瓦斯抽放泵等)、水源热泵、空气源热泵、乏风余能利用(物理利用和化学利用)等。综合考虑，热电联产集中供热是采暖季当前最应该推广和采用的供热方式。非采暖季供热各单位应该因地制宜，选择适合自己的供热方式。