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摘要：工业余热资源丰富，广泛存在于工业各行业生产过程中，余热资源约占其燃料消耗总量的17～67%，其中可回收率达60%，余热利用率提升空间大，节能潜力巨大，工业余热回收利用又被认为是一种“新能源”，近年来成为推进我国节能减排工作的重要内容。通过采用热交换技术，利用换热设备将余热能量直接传递给自身工艺的耗能流程，从而降低一次能源消耗，这是回收工业余热最直接、效率较高的经济方法，节能环保。
Abstract： Waste heat resource is abundant and widely exists in the production process of various industries， which accounts for 17-67% of the total fuel consumption， of which the recovery rate is 60%. There is a great space for improving the utilization rate of waste heat， and the potential of energy saving is huge. Industrial waste heat recovery and utilization is also considered as a "new energy source"， which has become an important part of promoting energy conservation and emission reduction in China in recent years. By using heat exchange technology and heat exchange equipment， the waste heat energy can be directly transferred to the energy consumption process of its own process， so as to reduce the primary energy consumption. This is the most direct and efficient economic method to recover industrial waste heat and has a meaning of energy saving and environmental protection.
关键词：工业余热;回收利用;热交换技术;换热设备;节能环保
Key words： Industrial waste heat;recovery and utilization;heat exchange technology;heat exchange equipment;energy saving and environmental protection
中圖分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）20-0240-03
0 引言
山东能源枣庄矿业集团田陈煤矿矿区供暖系统总面积为46万平方米，为汽暖方式，该供暖系统建成运行已有11年，经多年运行目前管道腐蚀比较严重，多处管壁较薄，已经不适合继续使用，且为高温压力管道，运行方式安全性较差，同时蒸汽供暖方式热损失较大，运行费用较高，浪费较大，环保部门已不提倡该种采暖方式。新的节能环保供暖技术日趋成熟，在实现节能供暖的同时又满足了环保的要求。一是电厂可采用溴化锂吸收式热泵机组，吸收汽轮机冷却循环水余热，用以替代蒸汽供给采暖;二是可采用压风机余热、矿井水余热+水源热泵技术替代锅炉和中央空调系统。系统改造后经济效益非常可观，而且可以解决因电厂检修或故障时，井口可以利用水源热泵机组应急供暖。
经过深入调查研究，目前矿区主要存在三种余热可以加以利用。一是电厂（自备）汽轮机冷却循环水余热，电厂汽轮机冷却循环水是汽轮机做功后乏汽冷却循环水，其温度较高，冬季可达30℃，夏季达到34℃以上，且循环水量达到5000T/h，可利用的热量巨大，如加以利用，效益将非常可观，可满足整个矿区的冬季供暖;二是矿井水余热，矿井水每天1.2万立方米，温度可达28℃，可利用的热量也很巨大，可满足冬季井口供暖和7000名职工洗浴用热水，以及夏季制冷;三是空压机余热，排气温度可达90℃，可满足夏季职工洗浴用热水。
1 系统改造基本设想
经综合考察调研后，计划改为水暖方式，即在热源首端：电厂设立一级换热站，将汽轮机冷却循环水余热提取换成85℃热水，之后经管道供到二级用户，二级用户再设立二次换热站用于用户采暖和洗浴。该种方式避免了高温高压蒸汽输送的弊端，为常规压力管道，输送水温较低，安全性好，同时热力损失小，经济性较好。二级用户汽暖全部改造为水暖形式，管路亦做相应改造。
基本改造设想如下：
1.1 一级站：电厂
采用汽轮机冷却水余热利用（溴化锂吸收式热泵机组）为二级用户提供热源，满足矿区冬季采暖需求。
1.2 二级换热站
分为居民区和矿内两部分。
1.2.1 居民区部分
冬季：采用26兆瓦水--水板式换热器将电厂来的85℃热水转换成60-75℃低温热水供30万平米居民楼供暖。
春夏秋季：水--水板式换热器停运，停止供暖。
1.2.2 矿内：分季节和分区域供暖
冬季：①采用6.5兆瓦水--水板式换热器，将电厂来的85℃热水转换成小于50℃低温热水供5万平米办公楼（矿北办公楼、宿舍楼、南办公楼、东西采掘楼、洗煤厂办公楼、澡堂）、主副井口供暖及洗浴用热水，该部分采用风机盘管散热器。②采用8兆瓦水--水板式换热器将电厂来的85℃热水转换成60-75℃低温热水供11万平米办公厂房供暖，该部分采用普通暖气片散热器。
春、夏、秋季：①夏季时采用水源热泵机组替代目前现有的溴化锂制冷机组，专供办公楼（矿北办公楼、宿舍楼、南北办公楼、东西采掘楼、洗煤厂办公楼）及澡堂等5万平米区域供冷;②春、夏、秋季时采用压风机余热利用系统和水源热泵机组供洗浴用热水。
1.3 应急保障运行方式
冬季供暖：①原則上全部采暖和洗浴的热源皆由电厂一级换热站来提供，电厂一级换热站除建有冷却水余热利用溴化锂吸收式热泵机组以外，尙建有尖峰换热器，应急时可承担70%的供热任务。②在极特殊情况下，电厂无法提供热源，则启用矿内水源热泵机组来保证矿区的主、副井井口、职工及来宾澡堂的供暖及洗浴用水的需求。
2 整体改造方案确定及经济效益比较分析
费用分析对比见表1。
2.1 费用对比分析及方案的选择
2.1.1 电厂采用汽轮机冷却水余热利用方式（溴化锂吸收式热泵机组）与原采暖系统相比较，每年可节约：1446万元。
2.1.2 电厂采用常规管壳式汽水换热方式与原采暖系统相比较，每年可节约：1106.1万元。
2.1.3 经对比分析：电厂一级换热站采用汽轮机冷却水余热利用方式（溴化锂吸收式热泵机组），每年比采用常规管壳式汽水换热方式可多节约：339.9万元。
2.2 整体改造方案确定
经过上述经济效益比较分析：
一级换热站：电厂采用汽轮机冷却水余热利用方式（溴化锂吸收式热泵机组）;
二级换热站：①矿内采用压风机余热利用系统+水源热泵机组+水--水板式换热器的方式进行建站;②居民区采用水--水板式换热器方式进行建站。
3 项目实施
3.1 项目实施条件
3.1.1 冬季供暖设计参数
电厂一级管网供回水温度：85/55℃;建筑末端风盘系统及井口加热器供暖系统供水温度：50-45℃，回水温度：45-40℃;副井口进风≥2℃;主井口进风≥2℃。
3.1.2 夏季制冷设计参数
夏季系统供水温度：7-12℃，回水温度：12-17℃。
3.1.3 洗澡水设计参数
洗浴供水温度≥45℃。
3.2 项目热源情况
3.2.1 电厂
冷却水5000m3/h，冬季冷却塔上塔水温32℃（冷时30℃），回水水温20℃。
3.2.2 矿内
①矿井排水12000m3/d，冬季水温24℃，夏季水温26℃。
②矿内配备2台350kW和2台160kW螺杆式空压机，平时运行1台350kW空压机。
3.3 负荷计算
3.3.1 项目实施所需负荷
电厂承担负荷与矿区水源热泵承担负荷见表2、表3。
3.3.2 可利用热能计算
空压机余热热量计算：
田陈煤矿矿内现有2台350kW空压机和2台160kW空压机，平时运行1台350kW空压机24小时满足井下用风需求，空压机在运行过程中产生大量的热量，利用空压机热回收技术，可将空压机功率的80%的热量回收。
1台350kW空压机可回收的热量为：350×80%= 280kW。
3.3.3 小结
①电厂部分。
通过分析计算，电厂需承担32200kW，实际电厂可提供热源58150kW，故满足供给供暖需求。
②矿内部分。
通过分析计算，矿内夏季冷负荷为4500kW，矿井排水可吸收的热量为5818kW，故利用矿井排水完全能满足矿区夏季建筑制冷需求。
矿内冬季应急热负荷为3064kW，水源热泵系统提取矿井排水形成的供热能力为7476kW，故应急情况下，启动水源热泵机组完全能满足供热需求。
4 项目实际应用
4.1 主要设备选型
主要设备选型见表4。
4.2 田陈煤矿余热利用系统流程图
系统流程图见图1。
5 结论
矿区余热综合利用项目的研究与应用，是一次煤炭能源企业打破传统思维模式，自我革新，解放思想过程，是一次成功的应用，得到了较大的经济效益，矿区余热综合利用项目的研究与应用，每年可节约资金1446万元。
通过实践证明，电厂冷却循环水余热、水源热泵技术、压风机余热综合利用，以清洁、绿色能源取代了燃煤锅炉供热，在为矿井带来巨大的直接经济效益的同时起到节能减排的作用。随着人们节能和环保意识的提高，新旧动能转换的大趋势下，矿井余热利用技术的研究和应用必将越来越受到重视，具有广阔的应用前景。因此，有必要对矿井余热利用技术的应用进行系统深入的研究，并将其充分应用于实践。此方面工作的推进可望开辟出一个余热利用技术研究与应用的新前沿，发展出一大类能够综合、高效的回收利用矿井余热资源的系统，为节能减排的发展做出贡献。
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