山西保利裕丰煤业有限公司 机电科 山西临汾 042100
摘要：近年来，随着我国经济的快速发展和综合国力的不断增强，环境污染问题日趋严重，对人们的生命健康安全以及国家的环境保护造成了极大的危害，成为我国发展中不可忽视的问题。2005年，习主席首次提出“绿水青山就是金山银山”这一科学论断，国家关于环境保护的相关政策也相继出台，进一步证实了我国乃至世界的环境保护问题已经迫在眉睫，否则留给子孙后代的将会是一系列的问题，甚至是灾难。近几年，国家果断出手，综合治理，环境保护执法力度不断加大，执法方式变化多样，决不允许蒙混过关、滥竽充数，企业环境治理问题已经成为制约企业发展的重点、难点。固体储热电锅炉具有低碳环保、安全可靠、热效率高、占地小等优势。目前固体储热电锅炉技术在煤矿供暖改造中运行广泛，将固体储热电锅炉技术应用在煤矿供暖改造中有着非常大的价值和意义。本研究便是从这个角度出发，对煤矿现有供暖现状和固体储热电锅炉进行简要的介绍，突出固体储热电锅炉的优势，并将重点探讨固体储热电锅炉的经济效益。
关键词：固体储热电锅炉；环境保护；煤矿供暖改造；经济效益
1.煤矿供暖现状及需解决的问题
1.1煤矿供暖现状
煤矿供暖主要包括主副井口保温、建筑物供暖及洗浴热水，其中主井热风量2462m³/min，副井热风量3180m³/min，建筑物供暖面积26000m²，洗浴热水300t/d。由于煤矿距离城市太远，无法接入城市集中供热管网。煤矿原供暖方式为3台4t燃煤锅炉，采暖期5个月。燃煤锅炉大气污染排放量大，是导致冬季大气污染严重，雾霾频发的主要原因之一[1]。同时燃煤锅炉供暖存在热效率差、人工成本及日常运行成本高等问题。
1.2需解决的问题
鉴于煤矿目前的供暖现状，供暖改造需从根本上解决以下问题：
（1）实现低碳清洁供暖，解决燃煤锅炉污染严重问题；
（2）只改造供暖热源，利用原有供热管网，降低改造成本；
（3）实现按需供暖，降低供暖运行成本。
2.固体储热电锅炉工作原理和特点
2.1工作原理
在预设的电网低谷时间或风力发电的弃风电时段，自动控制系统接通高压开关，高压电网为高压电发热体供电，高压电发热体将电能转换为热能同时被高温蓄热体不断吸收，当高温蓄热体的温度达到设定的上限温度或电网低谷时段或风力发电的弃风电时段结束时，自动控制系统切断高压开关，高压电网停止供电，高压电发热体停止工作，高温蓄热体与高温热交换器之间有热输出控制器，高温热交换器将高温蓄热体储存的高温热能转换为热水或者蒸汽输出[2]。
2.2特点
（1）清洁低碳环保：电热储能炉采用10kV以上电压等级直接供电，实现大功率电热转换和大容量储热，在使用过程中无任何废水、废气、废渣产生，没有二氧化碳排放，是低碳经济时代绿色环保的大功率新型热源。
（2）平衡优化电网：固体储热电锅炉可以安装在发电侧，实现热电机组深度调峰灵活性改造，也可以安装在用户侧利用电网低谷时段储热，平衡电网削峰填谷的作用显著，优化提高了电网的利用率。
（3）节约建设用地：固体储热电锅炉采用固体介质储热，占地面积小，单位体积储热密度大，相同体积的固体介质储热能力是水、熔盐等储热材料的2-8倍。
（4）安全可靠耐用：固体储热电锅炉采用固体介质无压方式储热，安全可靠，没有易燃、易爆和腐蚀泄露隐患。日常维护量极小，固体材料储热能力20年以上不衰减不粉化，维修成本极低。
（5）设备自动运行：用户可以根据室温情况，预先设置每天不同时段的供热量，固体储热电锅炉实现全自动运行，能明显减轻人员管理成本，即节约能源又降低了运营费用。
（6）综合热效率高：保温内衬选用耐高温，耐腐蚀，高强度的不锈钢板。保温层结构采用三层隔热保温防护，逐级隔热降温，使外部达到设计要求的允许温升，综合热效率达到95%以上。
（7）配电系统损耗小：配电系统使用10kV及以上高压配电，相比于低压配电，节省变压器及配电柜等设备前期投资，无变压器的空载损耗，并且降低由于电缆电流过大的线路损耗。
（8）使用寿命长：蓄热体采用耐高温、蓄热与传热性能平稳、导热系数好、机械强度高的耐火材料组成的固体蓄热体，能耐1000℃以上高温固体蓄热体。具备体积小、热容量大、蓄热能力强、性能稳定、热量释放稳定等优点，不会在反复加热过程中产生粉化。保证可实现连续运行20年免维护。
3.设备选型
根据计算，主井热风量2462m³/min，供暖热负荷978kW；副井热风量3180m³/min，供暖热负荷1264kW；建筑物供暖面积26000m²及洗浴热水300t/d，供暖热负荷3100kW，合计5342kW。考虑到富余系数，固体储热电锅炉总功率选用5700kW。由于原燃煤锅炉为3台，考虑到空间问题，选用3台固体储热电锅炉（1台1500kW电锅炉，2台2100kW电锅炉）。
4.经济效益对比
4.1燃气锅炉经济效益分析
对于使用燃气锅炉来说，根据当地现有情况，首先需敷设供气管道，且气源供应和价格均不稳定，其次燃气锅炉使用过程中会产生氮氧化物，面临着氮氧化物排放超标的问题。同时，燃气锅炉使用过程中存在燃气泄漏引起爆炸的危险。根据实际情况，燃气锅炉前期建设投资预计1050万元，年运行费用预计650万元/年。
4.2直热式电锅炉经济效益分析
直热式电锅炉没有蓄热装置，占地面积小，没有污染物排放，但运行费用较高[3]。直热式电锅炉供暖在电采暖初期被广泛应用，但由于供暖高峰往往是用电高峰，供暖方式不能充分利用用电谷期。按照当地电采暖峰谷平电价：峰期电价0.65485元/kwh，8小时；谷期电价0.23355元kwh，8小时；平期电价0.43655元/kwh，8小时。经过考察及测算，直热式电锅炉前期建设投资预计720万元（含35kV变电所增容改造费用），年运行费用预计450万元/年。因此固体储热电锅炉相对直热式电锅炉，在运行经济性方面存在明显的优势。
4.3固体储热电锅炉经济效益分析
使用固体储热电锅炉主要是利用电网谷、平期运行电锅炉，对存放在储热装置中的储热介质进行加热，将电能转化为热能储存起来，在电网峰期停止电锅炉运行，利用储热装置向外供热，以满足供暖需求[4]。首先其可以使用10kV的高压直接供电，可节省投资成本。其次，固体储热电锅炉在使用过程中不会排放有害气体，符合国家环保要求，从而减少了环境治理的相关成本。经过考察及测算，固体储热电锅炉前期建设投资预计840万元（含35kV变电所增容改造费用），年运行费用预计350万元/年。
综合以上考虑，固体储热电锅炉比燃气锅炉建设投资减少210万元，且每年减少300万元的运行成本。同时固体储热电锅炉相对燃气锅炉更低碳环保、安全可靠。固体储热电锅炉比直热式电锅炉前期建设投资增加120万元，但年运行费用每年减少100万元。因此使用固体蓄热电锅炉无论是从短期考虑，还是从长期考虑均更利于公司的的稳定发展。
5.结论
固体储热电锅炉可实现零污染供暖，加上先进的储热方式，可以在用电上做到“避峰填谷”，有效的降低运行成本。同时设备可自动运行，实现按需供暖，节省人工成本，是冬季清洁供暖的有效手段。
参考文献：
[1]李玉幸，狄彦强，刘芳，等.锅炉房“煤改电”的可行性和成效分析[J].建筑电气，2015，34（11）：24-29.
[2]沈阳世杰电器有限公司.固体储热电锅炉使用说明书.2017.
[3]崔战涛.基于电能替代应用的分析[J].电气传动自动化，2016，38（5）：9-12.
[4]张道山，柳乃明，李军.浅析蓄热式电锅炉能效监测方法[J].科技前沿，2015：66-67.