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摘要：針對西北一礦區目前燃煤供熱鍋爐需要拆除的問題，根據礦區實際運行情況，提出空氣源熱泵和電鍋爐供熱方案，并進行了詳細比對，確定了最終的實施方案。

關鍵詞：燃煤鍋爐；空氣源熱泵；電鍋爐；節能設計

新《中華人民共和國環境保護法》、GB13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標準》已經實施，需改造的鍋爐所在地區對于具備拆除條件的20t以下燃煤采暖小鍋爐實施拆除；環保局聯合對所在區域的燃煤鍋爐進行檢查，對檢查過程中存在問題的企業提出了限期整改要求；對已經安裝污染防治設施的燃煤企業提出要求，即對現有設備加強維護和保養，確保冬季采暖期的大氣污染防治設施正常高效運行，污染物達標排放。本文所改造的手燒0.35MW燃煤鍋爐在拆除范圍內，鍋爐房泵和軟水器已投運10a，已過了使用期，此次一并考慮改造。

1概述

礦區位于西北地區寧夏一工業園區（冬季采暖室外計算溫度-16℃，最惡劣氣溫為-23℃），此次改造的是礦區內的一水廠。水廠負責給礦區內十幾個煤礦供生產、生活用水，其穩定運行關乎到周邊煤礦的穩定運行。水廠原鍋爐房有一臺手燒的恒壓0.35MW燃煤熱水鍋爐（供回水溫度85℃/60℃）、給水泵組2臺（1用1備）、暖管循環泵組2臺（1用1備）、1套鈉離子交換器和1個軟化水箱。空氣源熱泵方案是利用空氣源熱泵取代原燃煤鍋爐提供熱源，更換采暖循環泵等破損設備后，保留原供熱管道向用戶散熱器或地暖管道供暖外，在采暖循環泵后增加另一供熱管道向各用戶風機盤管提供熱水（冷水）。電鍋爐方案是利用電鍋爐代替原燃煤鍋爐，更換采暖循環泵等損壞設備，其他供熱系統不變。

2方案設計

水廠廠區方圓5km沒有天然氣管道，沒有集中供暖熱源，由于其總用熱負荷只有301.7kW，且廠內用電有一定富余量，此次設計考慮使用節能效果好的空氣源熱泵和潔凈電能電鍋爐。

2.1熱負荷校核

經對水廠廠區建筑物進行現場測量、復核后，根據體積采暖指標計算，水廠熱負荷統計情況如表1所。根據計算，水廠總熱負荷為287.8kW，設計熱負荷計算如下：采暖耗熱量為287.3kW，室外管網漏損系數取1.05，供熱總熱負荷為301.7kW。水廠人員洗浴采用電熱水器，不在此次改造范圍內，所需熱負荷不予考慮。

2.2空氣源熱泵

空氣源熱泵采用電能驅動，從空氣中吸取熱量，并將其傳輸給高溫熱源以供使用。傳輸到高溫熱源中的熱量不僅大于所消耗的能量，也大于從空氣中吸收的能量。在經濟工況下，空氣源熱泵系統消耗1個單位的能量，至少可從空氣中提取2個單位的能量，合在一起就可以輸出3個單位的能量。空氣源熱泵工作原理如圖1所示[1]。2.2.1設備選型a)空氣源熱泵選型。設計采用風冷超低溫熱泵機組4臺，具體參數如表2所示。制熱修正系數選擇0.63[2]（對應溫度下實際制熱量與理論制熱量比值，由實驗所得），4臺熱泵機組總制熱量（-16℃）為124×0.63×4≈312.5kW。b)采暖循環泵選型。循環水泵的總流量按向熱用戶提供的熱水總流量1.1倍選取，熱網循環水泵揚程計算公式為：H=1.2×(H1+H2+H3+H4+H5)，(1)式(1)中，H為熱網循環水泵揚程，m；H1為熱水通過熱網加熱器的流動阻力，m；H2，H3為熱水通過供回水熱網管道的流動阻力，m；H4為熱水再熱用戶或熱力站的壓力損失，m；H5為熱源系統內部其他（過濾器、閥門等處）的壓力損失，m。重新計算得，新泵流量Q=25.3m3/h，H=25m，電機功率N=3kW，適用溫度0～200℃，采暖循環泵共設3臺，2用1備，在原泵位置安裝。c)定壓水泵。定壓泵補水量不應小于循環流量的4%，補水壓力不應小于補水點的壓力，并應留有30～50kPa的富裕壓力。計算可得，新泵Q=2m3/h，H=16.4m，N=0.75kW，適用溫度0～200℃，定壓水泵共設2臺，1用1備，在原泵位置安裝。d)軟化水系統選型。原離子交換器已不能使用，現運行鍋爐結垢嚴重。此次改造更換離子交換器，更換后水處理能力為2m3/h，N=0.75kW。原軟化水箱2000mm×1000mm×1500mm，設備完好，滿足使用要求，此次改造不更換。2.2.2末端改造此方案設計后，供暖水量為25m3/h。根據水力學計算，保留原DN100供暖管道，在采暖循環泵后增加一路DN150供熱分支管路，沿原DN100管路在地溝內敷設至各個用戶，管道采用聚氨酯保溫，在終端生活建筑處各房間增加風機盤管，考慮到美觀性，選擇卡式四吹型，將其吊裝在每個房間屋頂，供回水沿屋頂明敷設；在泵房等較高的工業建筑內，考慮供熱效率，每個房內增加立式暖風機，安裝在屋內3m高墻面上。管道均采用無縫鋼管，所有管道及附屬設施均需保溫，管道除銹后刷防銹漆一道，后采用聚氨酯保溫，保溫層厚度60mm，外層采用4mm厚白鐵皮外殼，在管路高點及低點處設置排氣和泄水裝置，閥門采用耐高溫焊接蝶閥。2.2.3拆除設備此方案拆除原鍋爐房采暖循環泵2臺，定壓補水泵2臺，軟水器1臺，燃煤鍋爐1臺（水廠早期廢棄鍋爐），在泵和軟水器位置安裝更換后的新設備，廢棄燃煤鍋爐拆除后當作配電室。拆除工作完成后，對鍋爐房進行平整、簡單裝修。

2.3電鍋爐

電鍋爐也稱電加熱鍋爐，指功率因數接近1的高阻性電阻絲通電后發熱，熱量通過絕緣的熱量導體將熱傳到電熱管管壁，通過電熱管管壁換熱將熱量傳遞給水，進而向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體的鍋爐設備[3]。2.3.1設備選型a)電鍋爐選型。水廠總熱負荷為301.7kW，選擇電阻式電熱水鍋爐WDZ0.315-0.7/95/70，輸入功率0.315MW，鍋爐尺寸（長×寬×高）為1.7m×1.3m×1.06m。負荷控制可分為4級，90kW一級；功率20%～100%可調；鍋爐效率>99%；鍋爐壽命為30a，使用壽命為20000h。b)采暖循環泵選型。采暖循環泵一并更換，更換后的泵Q=12.5m3/h，H=25m，N=1.5kW，適用溫度0～200℃，共設2臺，1用1備，在原泵位置上安裝。c)定壓水泵選型。新泵Q=0.5m3/h，H=16m，N=0.55kW，適用溫度0～200℃，共設2臺，1用1備，在原泵位置上安裝。d)軟化水系統選型。原軟化水系統需更換為水處理能力為0.5m3/h，N=0.55kW的新系統。原軟化水箱尺寸為2000mm×1000mm×1500mm，設備完好，滿足使用要求，不做更換。2.3.2末端改造此方案供熱室外管網無需改造，均可滿足目前采暖需求。2.3.3拆除設備此方案拆除原鍋爐房采暖循環泵2臺，定壓補水泵2臺，軟水器1臺，燃煤鍋爐1臺（水廠早期廢棄鍋爐），在泵和軟水器位置安裝更換后的新設備，廢棄燃煤鍋爐拆除后當作配電室，引風機拆除后安裝電鍋爐。拆除后對鍋爐房進行平整、簡單裝修。

3經濟性對比

3.1建設成本

空氣源熱泵方案總投資約2.9982×106元，電鍋爐方案總投資約1.6358×106元。

3.2運行成本

運行成本概算參照國家能源局2011年的《煤炭工業建設項目經濟評價方法與參數實施細則》（第三版）以及結合現行財務制度規定的成本開支范圍，根據設計工藝，以當地的人工、材料、電力等價格為基礎，其中，采暖期為153d，每天滿負荷運行16h。按成本費用要素進行計算，正常生產年份的成本如下：綜合電價按0.48元/(kW·h)計算；水費按2.7元/t計價；風源熱泵或電鍋爐操作簡單，無需專職人員監管，不存在職工薪酬問題；非煤設備修理費取安裝工程和設備購置費的2.5%；折舊年限按規定計算，設備為15a；攤銷費按規定計算，設備運行期為10a。總的成本經營分析費用如表3所示。

4結語

空氣源熱泵為節能型加熱設備，但是水廠地處西北，冬季溫度較低（-16℃），供熱修正系數較小。根據JGJ26—2018《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準規范》可知，寒冷地區熱風機組制熱系數COP不應小于2.0。為保證最冷期采暖，綜合考慮建設成本和運行成本，建議礦區水廠使用電鍋爐。

參考文獻：

［1］林濤.空氣源熱泵的原理及發展現狀［J］.建筑知識（學術刊），2012(4)：152-153.

［2］杜玉清.空氣源熱泵熱水系統研究［J］.制冷與空調，2015，15(10)：25-29.

［3］馬峰.電鍋爐的控制系統淺析［J］.技術探討，2015(22)：12920-12922.

作者：高麗霞 李小艷 單位：國能集團寧煤設計研究院環保市政分院