關(guān)于凝結(jié)水余熱利用的啟示

馮莉1 張輝2

1陜西省建筑科學(xué)研究院設(shè)計(jì)院（陜西 西安 710082）

2陜西華雁工程設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司（陜西 西安 710054）

1、工程概況

韓家灣煤礦地處陜北榆林大柳塔鎮(zhèn)，屬于寒冷A區(qū)。井口等候室聯(lián)合建筑總建筑面積1064㎡，建筑高度7.4米，共二層。功能包括井口等候室、空氣加熱室、無軌膠輪車庫、休息室、信息站等。

室外氣象參數(shù)：

冬季采暖室外計(jì)算干球溫度：-15.1℃

冬季室外平均風(fēng)速：1.7m/s

井筒保溫室外計(jì)算溫度：-23.9℃室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)：

無軌膠輪車庫：10℃ 衛(wèi)生間、樓梯間：16℃ 會議室：18℃其他房間20℃。

2、熱源設(shè)計(jì)
    由于根據(jù)相關(guān)規(guī)范對加熱空氣的熱媒，推薦采用110℃高溫?zé)崴�或壓力不低�?/span>0.3Mpa的蒸汽，，目的是節(jié)省熱能，同時(shí)對空氣加熱器也不容易凍壞，使用壽命長提高加熱器的效率。

本次設(shè)計(jì)空氣加熱室的熱源來自工業(yè)場地鍋爐房。熱媒參數(shù)為0.4MPa飽和蒸汽。由于場地起伏較大，鍋爐房和空氣加熱室之間有一的土坎，比空氣加熱室高出近2.0米，凝結(jié)水不能直接自流回鍋爐房，在空氣加熱室內(nèi)設(shè)置凝結(jié)水箱和凝結(jié)水泵，因此回水設(shè)計(jì)是凝結(jié)水通過凝結(jié)水泵回鍋爐房。

3、空氣加熱室設(shè)計(jì)
    當(dāng)冬季氣溫低于零度時(shí)，為了防止礦井進(jìn)風(fēng)井筒內(nèi)淋幫水結(jié)冰，影響提升能力以及可能由于大冰塊塌落造成井底嚴(yán)重事故，必須采取適當(dāng)?shù)姆椒ǎ�使井筒�?nèi)不致結(jié)冰。井筒冬季結(jié)冰不但給生產(chǎn)帶來安全隱患，而且除冰工作也很不安全，井筒存在淋幫水是設(shè)計(jì)井口空氣加熱設(shè)備的必要條件。根據(jù)國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策，按照礦井井筒類型，維護(hù)提升設(shè)備效率，保障勞動人民安全的最基本要求，設(shè)置井口空氣加熱設(shè)備十分必要。

一般的井口等候室多是獨(dú)立的建筑，本設(shè)計(jì)由于條件限制，采用了聯(lián)合建筑。整個(gè)工業(yè)場地地面起伏比較大，平場后最高標(biāo)高為1249.80米，最低標(biāo)高1241.00米。鍋爐房標(biāo)高為1242.5米，空氣加熱室標(biāo)高為1246.2米，鍋爐房與空氣加熱室中間有一頂標(biāo)高為1248.00土坎。

（1）空氣加熱機(jī)組盤管防凍

由于冬季室外氣溫較低，加熱盤管在非運(yùn)行期間或者剛開始運(yùn)行時(shí)易產(chǎn)生凍結(jié)，原因是盤管水流速過低，層層結(jié)凍。設(shè)計(jì)選型時(shí)新風(fēng)機(jī)的盤管阻力要盡量小，越小越好。運(yùn)行過程中盤管內(nèi)蒸汽和凝結(jié)水是流動的，不會結(jié)凍。

本次設(shè)計(jì)防凍部分見圖1 空氣加熱機(jī)組防凍示意圖，通過采用保溫新風(fēng)風(fēng)閥4，該閥由處理器5控制,與新風(fēng)機(jī)3聯(lián)鎖；在加熱盤管2的凝結(jié)水管道上設(shè)置溫度傳感器6給處理器5溫度信號，凝結(jié)水水溫高于5度（實(shí)際數(shù)值可根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整）條件滿足時(shí)，才可以啟動新風(fēng)機(jī)3。當(dāng)風(fēng)機(jī)3停止運(yùn)行時(shí)，保溫新風(fēng)閥4關(guān)閉。這樣的自控系統(tǒng)在電子市場就可以采購，自行裝配，成本低，控制簡單，運(yùn)行可靠。

圖1 空氣加熱機(jī)組防凍示意圖

4、凝結(jié)水余熱利用

蒸汽熱源，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)能夠充分利用蒸汽熱量，一般蒸汽凝結(jié)水的設(shè)計(jì)溫度希望達(dá)到80度以下；但往往只能到105度，在開式回收時(shí)，凝結(jié)水二次汽化，溫度到低于100度。所以應(yīng)盡量綜合利用二次蒸汽的熱量。本項(xiàng)目利用凝結(jié)水余熱為聯(lián)合建筑提供采暖熱源，大大減少了能源的浪費(fèi)。系統(tǒng)原理圖如下（圖2）

0.4MPa飽和蒸汽的參數(shù)為：t＝143.62℃，＝604.67 kJ/kg， ＝2737.6 kJ/kg。凝結(jié)水溫度為80℃，凝結(jié)水的焓值為：＝335.00 kJ/kg。選用KJZ-30型礦井加熱機(jī)組3臺，單臺耗熱量＝727kw，總耗熱量＝727×3＝2181 kw。

蒸汽用量：

余熱量：Q

由于可利用的余熱量比較可觀，完全滿足本聯(lián)合建筑和井下水處理站的采暖耗熱量。因此利用凝結(jié)水余熱作為井口等候室聯(lián)合建筑和井下水處理建筑的熱源從熱量方面看來是可行。

圖2 采暖熱源系統(tǒng)示意圖

5、采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    由于房間采暖系統(tǒng)熱源為空氣加熱室凝結(jié)水，又有凝結(jié)水箱，因此只能采用開式系統(tǒng)，供回水溫度為80℃/60℃。系統(tǒng)原理見上圖2 采暖熱源系統(tǒng)示意圖。空氣加熱機(jī)組凝結(jié)水進(jìn)凝結(jié)水箱1，通過循環(huán)水泵2進(jìn)井口等候室聯(lián)合建筑和井下水處理建筑采暖系統(tǒng)，凝結(jié)水通過凝結(jié)水泵3回鍋爐房。在整個(gè)循環(huán)過程中根據(jù)玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)5和手動流量調(diào)節(jié)閥6控制采暖系統(tǒng)循環(huán)水量和回鍋爐房的凝結(jié)水水量的比例，使系統(tǒng)平衡正常工作，達(dá)到設(shè)計(jì)工況。通過玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)4和手動流量調(diào)節(jié)閥7控制進(jìn)井口等候室聯(lián)合建筑采暖系統(tǒng)循環(huán)水量和進(jìn)井下水處理建筑采暖系統(tǒng)水量的比例，使系統(tǒng)平衡正常工作，達(dá)到設(shè)計(jì)工況。為了保證建筑采暖系統(tǒng)在任何情況下（包括空氣加熱機(jī)組不使用的情況）正常工作，蒸汽管直接進(jìn)水箱，用截止閥9與其余蒸汽斷開。正常時(shí)截止閥9關(guān)閉，當(dāng)空氣加熱機(jī)組停止運(yùn)行或者凝結(jié)水水量比設(shè)計(jì)流量小時(shí)開啟截止閥9補(bǔ)充一定量的蒸汽保證整個(gè)采暖系統(tǒng)正常工作。

6、結(jié)論

（1） 在設(shè)計(jì)方案階段熱源設(shè)計(jì)要慎重，盡量避免使用蒸汽熱源，除非有工藝要求等情況出現(xiàn)。采用熱水熱源可以使鍋爐房位置布置相對靈活，熱水管網(wǎng)也對場地適應(yīng)性強(qiáng)，這樣可以降低本專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的工作量。

（2） 如果是蒸汽熱源，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)能夠充分利用蒸汽熱量，一般蒸汽凝結(jié)水的設(shè)計(jì)溫度希望達(dá)到80度以下；但往往只能到105度，在開式回收時(shí)，凝結(jié)水二次汽化，溫度到低于100度。所以應(yīng)盡量綜合利用二次蒸汽的熱量。

（3） 防止加熱盤管結(jié)凍在設(shè)計(jì)選型時(shí)選用加熱盤管阻力要盡量小，越小越好。而且要做一定的電氣保護(hù)。避免加熱盤管凍結(jié)凍裂。在熱水熱源時(shí)控制原理可以參考圖1，通過回水溫度控制風(fēng)機(jī)啟停、閥門的開關(guān)。

（4） 目前，廠家已經(jīng)開發(fā)了針對熱水熱源的類似機(jī)組，以后設(shè)計(jì)可以考慮采用熱水型礦井加熱機(jī)組。

參考文獻(xiàn)

1、《供熱工程》（第四版）。北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009 賀平，孫剛。

2、《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會 文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯 劉真 文徑 審核)