工程概要:
1. 本方案阐述了应用激波升压换热技术对**矿业公司供热系统节能改造的可行性和先进性。本节能改造共涉及原供暖系统:家属区供暖、综合区供暖、井口热风采暖及职工浴室淋浴热水供应等四部分。改造后的系统具有:运行可靠,供暖质量高、主设备免维护,节能降耗等优点。
2. 供热系统经节能改造后:
(1)低温热水采暖的循环热水:由原来的60/42℃提高到80/60℃,热负荷指标由原来的21w/m2提高到40w/m2。
(2)井口热风采暖质量满足采暖要求。
(3)职工洗浴沐浴热水,水温稳定,节约大量冷水。
3. 改造后的供热系统,节省蒸汽和电力消耗,可实现“无泵自增压” 稳定运行。在供暖期(120天)内所节省的热能和电能,折合标准煤为1203t。
一.供热现状
**矿业公司供热系统主要服务于矿区冬季采暖和职工澡堂洗浴。采暖方式为:低温热水采暖,暖风采暖和洗浴热水供应。
1.1供热区域及热负荷
(1)供暖期热源 由一台20蒸吨锅炉提供蒸汽。按照低温热水采暖:55%,暖风采暖和洗浴热水制备共45%的比例分配。
(2)非供暖期热源 由一台4蒸吨锅炉提供。在满足生产用汽的同时提供职工浴室洗浴热水
(3)锅炉产蒸汽压力为0.9Mpa~1.0Mpa,在进入换热器之前,经减温减压器将蒸汽压力减至0.17Mpa。
(3)采暖区域 家属区:面积约15万平米;生产区、综合楼及办公楼(简称综合区):面积约4万平米。
(4)低温热水采暖的实际热负荷 低温热水采暖消耗的蒸汽,冬季来自20蒸吨锅炉所产蒸汽量的55%,若锅炉蒸汽产量为18t/h,实际提供的热负荷约5.8MW。
(5)淋浴用热水 淋浴用热水按照《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)热水用水定额为60(L /人)、人员按照1200人计。则最高日用水量:72m3。小时耗热量:0.1745MW
1.2 换热方式及主要设备
低温热水采暖的换热方式为汽--水间接换热,换热设备为罐式换热器。热水循环动力由循环水泵提供。
(1)家属区 四台罐式换热器并接,热水由循环水泵驱动。循环水泵的配置如表1所示。
(2) 出口水温64℃,回水温度42℃,换热器出口水压 0.5Mpa,回水压力0.345Mpa。
表1 家属区低温热水采暖循环水泵配置
序号 |
名称 |
额定功率(kW) |
流量 (t/h) |
扬程 (m) |
数量 (台) |
工作制式 |
1 |
循环水泵 |
37 |
160 |
50 |
2 |
1用1备 |
2 |
75 |
160 |
50 |
1 |
备用 |
(3)综合区 两台罐式换热器并接,热水由循环水泵驱动。循环水泵的配置如表2所示。
表2 综合区低温热水采暖循环水泵配置
序号 |
名称 |
额定功率(kW) |
流量 (t/h) |
扬程 (m) |
数量 (台) |
工作制式 |
1 |
循环水泵 |
7.5 |
34 |
50 |
2 |
1用1备 |
(4)综合区出口水温68℃,回水温度44℃,换热器出口水压 0.5Mpa,回水压力0.32Mpa。
(5)职工浴室 洗浴热水由蒸汽直接与冷水混合的加热方式制备。淋浴用热水的制备,是将蒸汽引至洗浴室屋顶一台30m3水箱内与冷水混合,靠静压引入浴室热水喷头(120个)。所需蒸汽冬季来自20蒸吨锅炉,非供暖期由4蒸吨锅炉提供。
换热站供暖系统如图1所示。
二.供热系统存在的问题及节能潜力
2.1供热负荷偏低
低温热水采暖面积(家属区15万平米、综合区4万平米)约19万平米,按照《城市热力网设计规范》(CJJ34-2002)所推荐的采暖热值标(60~67W/m2)计算,应有热负荷:11.4~12.73MW。但实际热负荷只有5.8MW。据此计算出的采暖指标为30.5W/m2,少于推荐值近一半。由于换热系统热效率较低,实际能达到的热指标也只有70%,即21W/m2。供暖指标的降低,对供暖质量影响很大。造成供暖质量差的主要原因是受换热器工作状态的限制,实际循环热水量不足160t/h。
2.2 蒸汽热力资源的损耗
锅炉产出的蒸汽,压力可达0.9~1MPa,温度约312℃。由于受罐式换热器耐温及耐压的限制,蒸汽在进入罐式换热器之前,不得不经减压降温设备处理,使进入换热器的蒸汽压力降低为0.17Mpa,温度降低到130℃以下,从而造成蒸汽热力的损失,导致供热能力下降,使井口暖风采暖质量恶化。
2.3 换热器热效率低造成蒸汽耗量大
罐式换热器属于传统的汽--水间接换热设备,其设计热效率虽然可达90%,但在使用过程中,受水垢、密封件老化及泄漏等因素的影响,实际热效率非但达不到设计值,而且还逐步下降,一般运行中的此类换热器的热效率只有60%~70%。
(1)低温热水采暖实际蒸汽量约为10t/h。因换热器热效率低(按照70%估计)蒸汽损耗为3t/h,一个供暖期(按120天计)的蒸汽损耗可达8640t,折合成标准煤为:1115t。
(2)原系统将换热器的疏水送至补水箱中作为补水使用,据客户提供的数据,系统的失水量为8t/h,疏水量为10 t/h,即每小时有2t疏水被放入地沟,温度较高的疏水流失造成供热系统部分热量损失。一个供暖期因疏水浪费的热量折合成标准煤为743t。
2.4 电能消耗
家属区低温热水循环需一台37水泵持续运行,一个供暖期(按120天计)消耗
电力约为85248(kWh),电价按0.46元/ kWh,则一个供暖期循环水泵电费消耗为3.9万元。 折合成标准煤为34.4t。
综合区供暖需一台7.5kW循环水泵持续运行,同上算法,一个供暖期需电费为0.8万元,折合标准煤7t。
2.4 职工洗浴室淋浴热水
(1)热水箱的温度不能自动控制,水温变化较大,因淋浴热水温度不易调节,一方面造成蒸汽的浪费,另一方面因热水温度波动较大,造成冷水的浪费。
(2)蒸汽与冷水直接混合加热,噪声较大。
2.5 维护费用高
由于结垢、密封件老化,要保持换热器的热效率须定期进行维修。更换换热单元的施工烦琐,费用较高。按照维修费用占设备造价8%计算,每年的维修费用至少在3万元以上。
综上所述,原供热系统中,在低温热水采暖、职工浴室淋浴热水供应方面存在着较大的节能降耗潜力。
三.供热节能技术――汽液两相流激波升压换热装置简介
汽液两相流激波升压换热装置(简称:激波升压换热装置)是以蒸汽为热源和动力源,在提供热水的同时提供扬程的新型供热装置。
3.1 激波升压换热器基本原理
运用流体力学、传热学及汽液两相流理论,以蒸汽经过喷嘴膨胀后形成的超音速气流为动力,在变截面混合腔中与低压水流直接混合形成凝结激波,凝结激波释放的能量转化为机械能,在混合腔出口形成超过进口蒸汽压力的高温载压热水。
3.2 激波升压换热供热装置的技术特点
(1)适用于以蒸汽作为热源(蒸汽压力≥0.2MPa)的供热系统;
(2)出口水压:可高于蒸汽压力1.5~3倍,且经设定后不随蒸汽压力和冷水压力的波动而变化,从而可实现供热系统的“无泵自增压” 稳定运行。
(3)噪音:<50dB;
(4)激波升压换热器占地面积:<2m2 ;
(5)供热水流量:可满足各类供热系统的要求。
3.3 经济效益
与传统各类间接式汽水换热器相比:
(1)换热效率高:汽水直接混合,换热效率接近100%。
(2)节电:换热与升压同时实现,节电率可达到90%以上;
(3)可靠性高:无电气、机械转动机构及运转部件,可实现免维护运行;
(4)使用寿命长:器件耐腐蚀,内部不结垢,免维修使用寿命大于10年;
(5)体积小,布置灵活,改造工程简便。
四.供热系统节能改造方案
采用激波升压换热技术对澄合矿业公司供热系统进行节能改造,分为供暖改造和供热水改造两项。供暖改造的内容为:
(1)家属区低温热水供暖;
(2)综合区低温热水供暖;
(3)井口风机盘管暖风采暖。
4.1家属区供暖节能改造
4.1.1改造方案
改造方案示意图见图3。
4.1.2 方案说明
(1)采用激波升压换热器(JBC型l两台),利用换热站已有的蒸汽母管及回水管就地组成换热装置,占地面积不超过2m2。
(2)根据户外温度的变化,供暖系统设备运行有三种方式:
① 1#激波升压换热装置(JBC1)+循环泵运行模式
② 2#激波升压换热装置(JBC2)+循环泵运行模式
③ 1#激波升压换热装置(JBC1)+2#激波升压换热装置(JBC2)运行模式
(3) 变频柜主要功能
变频控制单元实时监测系统出口压力、出口流量及室外温度变化,选择不同运行工况。在变频控制下的循环水泵,输出功率小、效率高。
(4)仪表箱主要功能
仪表箱装有四块控制器,分别是户外温度显示,出口水温显示,回水温度显示。箱内智能控制器 ,对采样参数分析、计算,显示系统最佳调节温度,引导工作人员科学合理操作,故障报警后,相应指示灯亮,提醒工作人员。如出口水温高于或低于设定值,报警后,故障指示灯闪烁、蜂鸣器响。
(5)水位监测主要功能
对软化水箱水位进行实时监测,在线显示,水位偏高、偏低进行报警提示,报警指示灯闪烁、蜂鸣器响。
(6)系统补水
手动打开出口总阀,回水总阀,保证软化水箱给水正常,打开补水泵球阀(FBQ1、FBQ2),启动补水泵。补水完成,停止补水泵,关闭补水泵球阀(FBQ1、FBQ2)。
(7)保留原系统换热设备及供水管网作为备用,进一步增强供暖系统的可靠性。
4.2 综合区供暖节能改造
4.3 井口暖风采暖改造
在对蒸汽输送管路检修,保证蒸汽干管及疏水管路畅通且无泄露的基础上,利用对家属区及综合区供暖系统节能改造所节省的蒸汽,满足井口热风采暖的热负荷需求,彻底改善热风采暖质量。
4.4 职工浴室淋浴热水供应节能改造
4.4.1 改造方案
改造方案示意图见图5。
4.4.2供热水系统改造方案的说明
(1)采用激波升压换热器(KJS)利用已有的蒸汽母管及冷水管组成无泵自增压供热水装置。
(2)热水采用水箱制备方式。
(3)水箱设供、回水管道,组成双管供热水系统。
(4)建立水位、水温信号监测环节,在水温低于设定值时通过循环加热保持水温;
(5)保留原换热设备及供水管网作为备用,进一步增强供水可靠性。
(6)控制柜以相应指示灯闪亮和蜂鸣器提供系统的报警信号。
五.采用激波升压换热技术进行节能改造的可行性及效益分析
5.1 可行性分析
对于既有的汽--水间接换热系统,采用激波升压换热装置进行节能改造优点是:
(1)在不影响原系统工作的情况下,即可实施改造;
(2)可利用原换热站部分管道和控制及辅助设备,投资少、见效快;
(3)节能改造后,原换热设备可作为备用,进一步增加供热系统的可靠性。
激波升压换热技术运用于供暖、供热水系统,具有技术先进、节能效果显著、可靠性高、使用寿命长等优点。
5.2 经济效益分析
采用激波升压换热技术对澄合矿业公司供热系统节能改造,经济效益体现在以下几方面:
1.节省蒸汽
(1)供暖部分可在提高采暖质量的情况下节省蒸汽25%,即在一个供暖期节约蒸汽5700t,折合标准煤807t。
(2)职工淋浴热水的制备,每日可节省蒸汽2t,一年可节省标准煤94t 。
(3)通过减少疏水(原系统2t/h疏水被放入地沟)损失,节约标准煤149t。
2.节电
改造后的供热系统节电情况如下:
(1)低温热水供暖部分可实现“无泵自增压运行”,无需循环水泵提供扬程,节电率达到90%;即可节省电费4.2万元。
(2)由于改造后系统无需频繁补水,补水泵的电能消耗将大大降低。
3.提高供热质量节约用水
(1)供暖系统经节能改造后,水温按照95/70℃设计,循环水量可达250t/h,实际运行的热水温度可达80/60℃。热负荷由原系统的21w/m2提高到40w/m2。
(2)生活热水经节能改造后,能使淋浴热水温度始终维持在55℃,在减少蒸汽消耗、降低噪音污染的同时,节约用水,提高了洗浴质量。
(3)井口风机盘管热风采暖经系统节能改造后,可满足热风采暖要求。
4.节省维护费用
(1)改造后的核心部分——激波升压换热器启动后无需循环水泵驱动,也无机械传动部件,可做到十年免维护运行,可靠性高;
(2)激波升压换热器内腔由不锈钢材料制成,超音速两相流在内腔的混合和流动使水垢不能生成,因此在使用中无需定期除垢。
六.投资回报
综上所述,采用激波升压换热技术对供热系统进行节能改造,一个供暖期内所取得的综合经济效益见表3。
表3 节能改造年综合节能一览表
汽水间接换热供热系统 |
激波升压换热装置 |
|||
◇ 节省蒸汽(折算标准煤系数:0.129) |
||||
蒸汽用量 (t/小时) |
年供蒸汽量 (t) |
折合标准煤 (t) |
节省比例 |
节省标准煤(t) |
供暖 |
28800 |
3715.2 |
25% |
928.8 |
疏水 |
5760 |
743 |
20% |
148.6 |
供热水 |
3343 |
431 |
20% |
86.2 |
折合标准煤合计 |
4889.2 |
23.8% |
1164 |
|
◇ 节电(电价:0.46元/kWh) |
||||
供暖 (kW) |
供暖期耗电量 |
电费 |
节省比例 |
节省费用 (万元) |
37+7.5 |
102528 |
4.72 |
90% |
4.2 |
|
||||
◇ 节省维护费用 |
||||
维护费用(万元) |
节省维护费80% |
|||
3 |
2.4 |
|||
节电及节省维护费用合计 |
6.6(万元) |
激波升压换热装置可免维护使用十年以上,累计为用户节省11640吨标准煤以及66万元的经济效益。