余热供暖技术改造方案及运行管理

鞍山市余热供暖技术改造方案及运行管理 作者：李德英 郝斌 高雪飞 任守红 摘要：随着供暖面积的扩大，鞍钢高炉冲渣水余热供暖系统已不能满足要求。本文根据该余 热供暖系统的现有条件和实际运行情况，对新增热源进行可行性分析。利用鞍钢新 1#高炉 冲渣水（5070 ）补充供热量，并利用供暖回水（约 30 ，重新用于高炉冲渣）作为水 源热泵的水源，供暖供水温度可提升约 5 ，作为高峰期补充热源，从而保证居民住宅供暖 质量。 关键字：余热利用 水源热泵 节能 引言 我国最大的高炉冲渣余热水供暖系统鞍钢高炉冲渣余热水和高炉煤气洗涤水为鞍 山市铁西区用户供暖已达二十年之久，承担着铁西启明、共和、陶官、八家子等地区的供暖 任务。这项技术在全国属于首创，二十年来为国家节约了大量能源，经济效益良好，被国家 环保局、建设部评为第一批全国城市环境综合整治优秀项目并受到表彰。 高炉水力冲渣是将炉内 1400-1500 的高温炉渣，经渣口流出，在经渣沟进入冲渣流槽 时，以一定的水量、水压及流槽坡度，使水与熔渣流成一定的交角，冲击淬化成合格的水渣。 渣水分离后，炉渣用做建筑材料，与高温炉渣进行热交换的冲渣水（60-70 ）经输水泵站 送入净化处理站，经过反应池、平流式沉淀池、快速过滤池、浊度为 50-80mg/l的冲渣水经 过处理后能净化到 4-7mg/l。净化后的水通过泵站送往居民小区作为居民采暖余热水，采暖 的回水再次作为水力冲渣用水，依此循环，往复使用，达到居民采暖目的，并保证了冲渣工 艺的正常进行。 在余热供暖初期，供暖系统运行效果良好。随着共和、启明、陶官三区建筑的迅速发展， 现供暖面积已发展到 220 余万平方米左右。此外，24 号站和 7 号炉将停止使用，现有热源 已经无法满足供热需求，必须增加新的热源，才能解决燃眉之急。鞍山市金琦余热供暖有限 公司与清华大学合作，针对目前的供热现状，根据铁西余热供暖系统的现有条件和实际运行 情况，提出了解决方案。 能源世界中国建筑节能网1 工程概况 根据鞍山市金琦余热供暖有限公司的委托，对新增热源进行可行性分析：包括利用鞍钢 新 1#高炉冲渣水余热，以及采用水源热泵技术利用供暖回水做水源，增加一定的供热量， 提升供暖供水温度，作为高峰期补充热源，以保证居民住宅供暖质量。 1.1 热负荷计算 根据鞍山地区气象条件、建筑物用途（室内设计温度：16 18 ） 、建筑维护结构，以 及以往运行情况，确定建筑面积平均热指标 q=50W/m2。总建筑面积为 223 万 m2。计算所 需热负荷为： Q=Fq=22.310550=1.115105kW。 1.2 现有余热供暖系统所能提供的热负荷计算 现有高炉冲渣水水量为：G=3000 m3/h。冲渣水平均水温为：tg50 , 一般情况下，采 暖供回水温差为 15 ，即 th=35 。 根据热负荷计算公式：QkG(tg-th) 其中 Q 建筑采暖计算热负荷，kW； k 单位换算系数，k=1.16； G 供热系统循环流量，kg/h； tg管网供水温度，； th管网回水温度，。 则有：Q=1.16300015=52200 kW 显然，现有热源所能提供的总热负荷不能满足要求，必须增加一定的供热量才能保证热 用户的需要。 2 热负荷补充方案 2.1 利用新 1# 高炉冲渣水 鞍山炼铁厂新 1#高炉冲渣的余热水量平均 2300-2500m3/h，平均水温在 70 左右。根 能源世界中国建筑节能网据 1.2 热负荷计算公式： QkG(tg-th),如管网供回水温差仍按 15计算，则新 1 号炉所能 提供的热量为：Q=0.4361105kW。 2.2 利用热泵技术二次加热 由于新 1#高炉补充的热量在室外气温较低时，还不能满足热负荷的需求，考虑供热系 统运行调节性能等因素，拟采用水源热泵补充不足的热量。水源热泵以供暖回水为热源，在 不影响冲渣出水温度的情况下，充分利用高炉余热。满足热负荷需求的水源热泵方案: 热泵机组设计负荷：15560kW。 热源水：采暖系统回水，温度在 30 左右，水量 5500m3/h。 具体工艺流程系统图如图 2-1： 图 2-1 工艺流程系统图 2.3 在新 1 号炉投入使用后，可再增加 2500m3/h的供水量，这样，总的供水量就达到 5500m3/h。在保证 15 温差的情况下，再配合使用热泵技术，可满足用户供暖需求。 3 水力校核计算 增加新 1 号炉后，由于整个供热系统的流量增大接近一倍，在这种情况下，现有的管网 能源世界中国建筑节能网和循环水泵系统能否满足流量增大的需要，需要进行切实的验证和分析。 3.1 现有管网的水力平衡分析 根据水力计算，将计算结果汇总为表 3.1。表 3.1 系统阻力及水泵情况汇总表 名称 阻力（mH2O） 用户端 2 热网 30 水源热泵换热器 15 地势高差阻力 20 总阻力 67 总流量 5500 m3/h 水泵流量 114sh-9：972-1440m3/h； 414sh-6B： 745-1460m3/h。 水泵扬程 114sh-9： H=65-80m； 414sh-6B： H=77-108m。 3.2 现有采暖系统加压泵站，情况如图 3-1。 能源世界中国建筑节能网 图 3-1 采暖系统加压泵站 3.3 加压泵站与供热系统的匹配 水泵三开两备时，泵站不能满足系统流量和扬程的需求，故考虑开启四台水泵。根据现 有水泵的型号，可以分为两种情况考虑: 1、一台 14sh-9 水泵与三台 14sh-6B 水泵并联运行采暖系统流量为 5500m3/h 时，系统 阻力约为 67 mH2O。采用 1 台 14sh-9 与 3 台 14sh-6B并联运行，采暖系统循环水泵能满足 管网资用压头和流量需求。但水泵的工作点并不在 5500m3/h，67 mH2O，而略向下移。从 图中我们可以看到 14sh-9 型水泵基本在高效区工作，而三台 14sh-6B 型水泵略偏离高效区 工作。针对这种情况可以调节管网的阻力特性，即略增大管网的阻力，可以采用阀门截流的 方法等，从而使工作点上移，保证四台水泵同时处于高效区工作。 图 3-21 台 14sh-9 与 3 台 14sh-6B 并联运行水泵工况 2、四台 14sh-6B 水泵并联运行 能源世界中国建筑节能网 在保证采暖系统最大流量，采用 4 台 14sh-6B并联运行，循环水泵可以满足管网资用压 头和流量需求。水泵的工作点也不在 5500m3/h，67 mH2O，而向下移。从图中我们可以看 到四台水泵基本处于高效区工作，水泵效率在 70%左右。 图 3-34 台 14sh-6B 并联运行水泵工况 3.4 结论 根据管网特性和水泵性能，在采暖热负荷高的情况下，将需要四台水泵并联工作。此时 可按上述的两种并联方式并联， 均可满足需求。 但出现水泵有时要在四开一备的情况下运行， 这就对水泵的日常保养和维护提出了更高的要求。如果现有泵站条件允许，可以考虑增加一 台 14sh-6B水泵，增加水泵后，可以做到四开两备，这样可以保证泵站正常运行。 由于加压泵站所提供资用压头和流量可以满足系统的需求， 故在计算中没有考虑回水泵 站。也就是说如果管网的流量分配合理，可以不启动回水泵站，这样就可以改变原有的运行 方式，节约相当的运行费用。 需要指出的是上述计算依据计算流量进行分配，实际运行时，情况必将有所不同。为了 保证系统的水力工况良好，从而保证热力工况，建议考虑在分支管段上加装流量调节装置， 这样有利于流量的合理分配 4 改造及运行效果 利用鞍钢新 1 号炉余热资源和水源热泵系统进行供热具有很大的优势， 可以避免建设新 锅炉房，且不需煤场、灰渣场，从而减少占地面积。环境保护意义重大，采用鞍钢新 1 号炉 余热资源和水源热泵系统，每采暖季可： 能源世界中国建筑节能网节约燃煤近 45000 吨； 减少二氧化碳排放量约 115200 吨； 减少二氧化硫排放量约 1611 吨； 减少碳氢化合物排放量约 28 吨； 减少氮氧化物排放量约 208 吨； 减少烟尘排放量约 2641 吨； 减少灰渣排放量约 12894 吨。 新热源开发利用后，大大改善采暖系统的供热质量，使采暖用户对室内温度感到满意， 进而有利于改善采暖收费率低下的现状并保证供热公司的正常运营。 新热源