某電熱鍋爐水蓄熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

王小波 宋翀芳

（1 山西省榆次區(qū)文化藝術(shù)活動(dòng)中心 2山西省太原理工大學(xué)）

某電熱鍋爐水蓄熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

王小波 宋翀芳

（1 山西省榆次區(qū)文化藝術(shù)活動(dòng)中心 2山西省太原理工大學(xué)）

通過(guò)對(duì)山西某單位常壓電熱鍋爐系統(tǒng)改造實(shí)例的分析，介紹了電熱鍋爐采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和特點(diǎn)，就系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用和集中供熱費(fèi)用進(jìn)行比較，指出電熱鍋爐的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性。

電熱鍋爐；水蓄熱；經(jīng)濟(jì)效益

1. 引言

電熱鍋爐水蓄熱系統(tǒng)是利用廉價(jià)的低谷電，在用電低谷時(shí)段啟動(dòng)電熱鍋爐，以水為介質(zhì)將電熱鍋爐產(chǎn)生的熱量?jī)?chǔ)存在蓄熱裝置中，適時(shí)供應(yīng)給熱用戶的系統(tǒng)。這樣在用電高峰就可以不開(kāi)或少開(kāi)電熱鍋爐，從而減少了高峰時(shí)段的用電量，對(duì)電網(wǎng)的供電起到了“移峰填谷”的作用，可以緩解電力公司白天因用電量大而供電不足，夜間因用電量小而電能過(guò)剩的矛盾。

2 .工程概況

山西省某單位配套有劇院、圖書館、電影院、各類健身活動(dòng)場(chǎng)所以及辦公用房等。建筑的冬季供暖存在分時(shí)段性，如果按常規(guī)集中供熱24小時(shí)不間斷，會(huì)造成能源的巨大浪費(fèi)，并且由于采暖收費(fèi)越來(lái)越高，而該單位所在地區(qū)谷電價(jià)較為便宜，這就為電熱鍋爐蓄熱系統(tǒng)的應(yīng)用提供了可能。

鍋爐機(jī)房位于該大樓地下室一層，原系統(tǒng)采用3臺(tái)容積式換熱器加集中供熱熱源，為常見(jiàn)的交換站系統(tǒng)。后通過(guò)多方考察，方案對(duì)比，將集中供熱改造為電熱鍋爐蓄熱系統(tǒng)，在8個(gè)供熱季的運(yùn)行實(shí)踐中，系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 ．電熱鍋爐水蓄熱系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)主要包括四大部分：電熱鍋爐 ,蓄熱水箱 ,熱交換器和熱源系統(tǒng)循環(huán)水泵。系統(tǒng)可按用戶要求，在任意時(shí)間設(shè)定多個(gè)不同的溫度值，達(dá)到最佳節(jié)能效果。使用時(shí)，根據(jù)用戶要求設(shè)定蓄熱時(shí)段、供熱時(shí)段、蓄熱溫度、電熱鍋爐出水溫度、供水壓力、蓄熱水泵蓄熱時(shí)工作頻率等參數(shù)。該系統(tǒng)電熱鍋爐流程圖如圖所示。

蓄熱時(shí)，補(bǔ)水電磁閥V5開(kāi)啟，蓄熱水箱補(bǔ)水到高水位時(shí)補(bǔ)水電磁閥關(guān)閉。蓄熱水泵按設(shè)定的頻率運(yùn)行，30秒之后電熱鍋爐運(yùn)行，開(kāi)始蓄熱。當(dāng)蓄熱水箱的溫度達(dá)到設(shè)定溫度或蓄熱時(shí)段結(jié)束，電熱鍋爐停止工作，60秒之后蓄熱水泵停止運(yùn)行。如果在蓄熱時(shí)段且蓄熱水箱溫度低于設(shè)定溫度5℃，蓄熱水泵再次投入運(yùn)行，30秒之后電熱鍋爐開(kāi)始工作。

供水時(shí)，供水電磁閥V1開(kāi)啟，蓄熱電磁閥V4關(guān)閉，電熱鍋爐不工作，蓄熱水泵變頻調(diào)速恒壓供水。供水時(shí)段補(bǔ)水電磁閥一直關(guān)閉，不進(jìn)行補(bǔ)水操作，以免向用戶供應(yīng)冷水。如果供水時(shí)段結(jié)束或蓄熱水箱的水位低于最低水位60秒，蓄熱水泵停止工作。

控制系統(tǒng)可以選擇手動(dòng)工作。開(kāi)啟供水電磁閥，關(guān)閉蓄熱電磁閥，啟動(dòng)蓄熱水泵以變頻調(diào)速恒壓方式供水，約30秒之后啟動(dòng)電熱鍋爐，這樣以直供方式向用戶供水。供水結(jié)束時(shí)，先停止電熱鍋爐，60秒之后停止蓄熱水泵。

3.2 電熱鍋爐系統(tǒng)設(shè)備配置

蓄熱式電熱鍋爐房的設(shè)計(jì)規(guī)模和總熱負(fù)荷應(yīng)根據(jù)用戶供熱系統(tǒng)的熱負(fù)荷曲線和蓄熱量比例及鍋爐運(yùn)行方式合理確定。本工程由于是改造，受電熱鍋爐、蓄熱水箱等設(shè)備空間和資金的限制，冬季熱負(fù)荷按最大負(fù)荷1970kW，日總熱負(fù)荷14200 kWh設(shè)計(jì)。電熱鍋爐系統(tǒng)在夜間谷電價(jià)時(shí)段23:00～7:00蓄熱8小時(shí)，蓄熱量要基本滿足白天8:00～22:00所需熱負(fù)荷12600kWh.蓄熱量比例為90%。

考慮成本的最大經(jīng)濟(jì)性，以及電熱鍋爐蓄熱的最大利用，配置720kW、990kW電鍋爐各一臺(tái)，欠缺的負(fù)荷集中在最冷天由白天電鍋爐直供補(bǔ)償。蓄熱水箱容積定為270m3,蓄熱水箱內(nèi)介質(zhì)蓄熱至95℃，采暖換熱器冷側(cè)供回水溫度確定為60℃/50℃，相應(yīng)熱側(cè)供回水溫度為95℃/55℃；蓄熱水箱可利用溫差為40℃，這在一定程度上緩解了蓄熱容量不足的缺點(diǎn)，盡可能利用了蓄熱水箱內(nèi)蓄存的熱量。

3.3 系統(tǒng)的運(yùn)行模式

電鍋爐利用夜間8h低谷電（23:00～7:00）低溫供暖的同時(shí)進(jìn)行蓄熱，在用電高峰期間（7:00～23:00）系統(tǒng)啟用蓄熱裝置單獨(dú)供熱模式，利用蓄熱水箱供熱，可以實(shí)現(xiàn)避峰運(yùn)行。在最冷日即負(fù)荷最大時(shí)，蓄熱量不能滿足系統(tǒng)總負(fù)荷時(shí)，啟用電熱鍋爐、蓄熱裝置聯(lián)合供熱模式或者電熱鍋爐單獨(dú)供熱模式。自控系統(tǒng)通過(guò)控制電熱鍋爐、外圍設(shè)備和電動(dòng)磁閥門的啟停和調(diào)節(jié)，使蓄熱系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多種工況的轉(zhuǎn)換并監(jiān)視系統(tǒng)各設(shè)備的工作狀況與運(yùn)行參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)及設(shè)備出現(xiàn)的故障及時(shí)報(bào)警。

4.系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

該工程竣工驗(yàn)收至今，系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益顯著，通過(guò)改造后電熱鍋爐蓄熱運(yùn)行工況、運(yùn)行費(fèi)用和改造前的集中供熱進(jìn)行比較分析，來(lái)評(píng)價(jià)本蓄熱系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

4.1 初投資經(jīng)濟(jì)分析

電熱鍋爐蓄熱系統(tǒng)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和施工實(shí)際總投資125萬(wàn)元，而集中供熱系統(tǒng)入網(wǎng)配套費(fèi)按照熱力公司的測(cè)算和物價(jià)部門的核算需要交納150萬(wàn)元。這樣初投資節(jié)省25萬(wàn)元。

4.2 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析

集中供熱采暖單價(jià)是按商業(yè)單位標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，7.5元/平方米/月，采暖面積按建筑面積加層高系數(shù)50 000平方米，供熱時(shí)間為5個(gè)月，年總費(fèi)用為7.5*50 000*5=187.5萬(wàn)元。

電熱鍋爐蓄熱系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用分三部分：1.電熱鍋爐晚上蓄熱：1710千瓦*8小時(shí)*150天*0.28元谷價(jià)電=57.456萬(wàn)元；2. 最冷天白天補(bǔ)充3小時(shí)直供：1710千瓦*3小時(shí)*150天*0.46元平價(jià)電=4.7196萬(wàn)元；3. 儲(chǔ)熱水泵：15千瓦*24小時(shí)*150天*0.46元平價(jià)電=2.484萬(wàn)元；費(fèi)用三項(xiàng)總計(jì)64.6596萬(wàn)元。

電熱鍋爐蓄熱系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用比集中供熱所繳納的費(fèi)用每年節(jié)省近三分之二，而且實(shí)際上由于采暖初期和末期不是滿負(fù)荷運(yùn)行，費(fèi)用比概算還要低一些。

5．蓄熱采暖系統(tǒng)綜合特點(diǎn)

（1）運(yùn)行成本低。利用國(guó)家峰谷電價(jià)差的政策，在采暖期的大部分時(shí)間蓄熱（谷電0.28元，為高峰電的1/3）在初冬和初春用2-3個(gè)小時(shí)時(shí)間蓄熱就可以滿足大樓全天的供熱，節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用，有利于平衡用電負(fù)荷。

（2）自動(dòng)化程度高。電蓄熱系統(tǒng)采用可編程序控制系統(tǒng)用觸摸屏控制，及時(shí)針對(duì)用戶要求及使用情況，設(shè)定及修改控制工程及運(yùn)行狀態(tài)方式，可以根據(jù)氣候變化的需要和不同設(shè)施用途的需要，隨時(shí)開(kāi)啟實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，全自動(dòng)運(yùn)行。

（3）系統(tǒng)安全可靠。電蓄熱系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)整體性能，優(yōu)選各種設(shè)備，電熱鍋爐和蓄熱槽系統(tǒng)配合完美，同時(shí)各種配套設(shè)備也要求能經(jīng)受長(zhǎng)期穩(wěn)定的考驗(yàn)。

6.結(jié)論

電熱鍋爐蓄熱系統(tǒng)適用于實(shí)行分時(shí)電價(jià)，且峰谷電價(jià)差較大的地區(qū)，同時(shí)建筑具有顯著的間歇供熱特點(diǎn)，特別是白天供熱，晚上不需要供熱或要求少供熱的場(chǎng)所。電熱鍋爐通過(guò)控制技術(shù)，系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)或經(jīng)驗(yàn)，在不同負(fù)荷日，設(shè)計(jì)不同的供水溫度。它可以按照系統(tǒng)所要的熱量提供給用戶，不存在浪費(fèi)現(xiàn)象，提高了供熱質(zhì)量而且是谷期用電降低了運(yùn)行成本，提高了電網(wǎng)效率。具有高溫、高效、節(jié)費(fèi)的特點(diǎn)。

[1]吳喜平.蓄冷技術(shù)和蓄熱鍋爐在空調(diào)中的應(yīng)用.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,2000.

[2]陸耀慶.實(shí)用供熱通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[3]朱泓，連之偉.電鍋爐蓄熱采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì).上海：上海交通大學(xué)，2004.

[4]豆小秋，呂建.學(xué)校類建筑分時(shí)供暖節(jié)能潛力分析.天津：天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009.

[5]張偉程,電鍋爐水蓄熱技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例.北京:暖通空調(diào),2010.

G322

B

1007-6344（2015）10-0086-01

王小波，男，出生年月：1974年1月1日，籍貫：山東鄄城，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：工程師，研究方向：暖通空調(diào)節(jié)能。

第二

宋翀芳，山西省太原理工大學(xué)，副教授?；痦?xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51108295）