關于凝結水余熱利用的啟示

馮莉1 張輝2

1陜西省建筑科學研究院設計院（陜西 西安 710082）

2陜西華雁工程設計咨詢有限責任公司（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，屬于寒冷A區。井口等候室聯合建筑總建筑面積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：

冬季采暖室外計算干球溫度：-15.1℃

冬季室外平均風速：1.7m/s

井筒保溫室外計算溫度：-23.9℃室內設計參數：

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

2、熱源設計
    由于根據相關規范對加熱空氣的熱媒，推薦采用110℃高溫熱水或壓力不低于0.3Mpa的蒸汽，，目的是節省熱能，同時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。

本次設計空氣加熱室的熱源來自工業場地鍋爐房。熱媒參數為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，凝結水不能直接自流回鍋爐房，在空氣加熱室內設置凝結水箱和凝結水泵，因此回水設計是凝結水通過凝結水泵回鍋爐房。

3、空氣加熱室設計
    當冬季氣溫低于零度時，為了防止礦井進風井筒內淋幫水結冰，影響提升能力以及可能由于大冰塊塌落造成井底嚴重事故，必須采取適當的方法，使井筒內不致結冰。井筒冬季結冰不但給生產帶來安全隱患，而且除冰工作也很不安全，井筒存在淋幫水是設計井口空氣加熱設備的必要條件。根據國家經濟技術政策，按照礦井井筒類型，維護提升設備效率，保障勞動人民安全的最基本要求，設置井口空氣加熱設備十分必要。

一般的井口等候室多是獨立的建筑，本設計由于條件限制，采用了聯合建筑。整個工業場地地面起伏比較大，平場后最高標高為1249.80米，最低標高1241.00米。鍋爐房標高為1242.5米，空氣加熱室標高為1246.2米，鍋爐房與空氣加熱室中間有一頂標高為1248.00土坎。

（1）空氣加熱機組盤管防凍

由于冬季室外氣溫較低，加熱盤管在非運行期間或者剛開始運行時易產生凍結，原因是盤管水流速過低，層層結凍。設計選型時新風機的盤管阻力要盡量小，越小越好。運行過程中盤管內蒸汽和凝結水是流動的，不會結凍。

本次設計防凍部分見圖1 空氣加熱機組防凍示意圖，通過采用保溫新風風閥4，該閥由處理器5控制,與新風機3聯鎖；在加熱盤管2的凝結水管道上設置溫度傳感器6給處理器5溫度信號，凝結水水溫高于5度（實際數值可根據現場進行調整）條件滿足時，才可以啟動新風機3。當風機3停止運行時，保溫新風閥4關閉。這樣的自控系統在電子市場就可以采購，自行裝配，成本低，控制簡單，運行可靠。

圖1 空氣加熱機組防凍示意圖

4、凝結水余熱利用

蒸汽熱源，設計時應能夠充分利用蒸汽熱量，一般蒸汽凝結水的設計溫度希望達到80度以下；但往往只能到105度，在開式回收時，凝結水二次汽化，溫度到低于100度。所以應盡量綜合利用二次蒸汽的熱量。本項目利用凝結水余熱為聯合建筑提供采暖熱源，大大減少了能源的浪費。系統原理圖如下（圖2）

0.4MPa飽和蒸汽的參數為：t＝143.62℃，＝604.67 kJ/kg， ＝2737.6 kJ/kg。凝結水溫度為80℃，凝結水的焓值為：＝335.00 kJ/kg。選用KJZ-30型礦井加熱機組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，完全滿足本聯合建筑和井下水處理站的采暖耗熱量。因此利用凝結水余熱作為井口等候室聯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 采暖熱源系統示意圖

5、采暖系統設計
    由于房間采暖系統熱源為空氣加熱室凝結水，又有凝結水箱，因此只能采用開式系統，供回水溫度為80℃/60℃。系統原理見上圖2 采暖熱源系統示意圖。空氣加熱機組凝結水進凝結水箱1，通過循環水泵2進井口等候室聯合建筑和井下水處理建筑采暖系統，凝結水通過凝結水泵3回鍋爐房。在整個循環過程中根據玻璃管轉子流量計5和手動流量調節閥6控制采暖系統循環水量和回鍋爐房的凝結水水量的比例，使系統平衡正常工作，達到設計工況。通過玻璃管轉子流量計4和手動流量調節閥7控制進井口等候室聯合建筑采暖系統循環水量和進井下水處理建筑采暖系統水量的比例，使系統平衡正常工作，達到設計工況。為了保證建筑采暖系統在任何情況下（包括空氣加熱機組不使用的情況）正常工作，蒸汽管直接進水箱，用截止閥9與其余蒸汽斷開。正常時截止閥9關閉，當空氣加熱機組停止運行或者凝結水水量比設計流量小時開啟截止閥9補充一定量的蒸汽保證整個采暖系統正常工作。

6、結論

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

（2） 如果是蒸汽熱源，設計時應能夠充分利用蒸汽熱量，一般蒸汽凝結水的設計溫度希望達到80度以下；但往往只能到105度，在開式回收時，凝結水二次汽化，溫度到低于100度。所以應盡量綜合利用二次蒸汽的熱量。

（3） 防止加熱盤管結凍在設計選型時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。避免加熱盤管凍結凍裂。在熱水熱源時控制原理可以參考圖1，通過回水溫度控制風機啟停、閥門的開關。

（4） 目前，廠家已經開發了針對熱水熱源的類似機組，以后設計可以考慮采用熱水型礦井加熱機組。

參考文獻

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

2、《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012

(本文來源：陜西省土木建筑學會 文徑網絡：劉軍 呂琳琳 編輯 劉真 文徑 審核)