河北某地居民小區(qū)電鍋爐蓄熱供暖方案初探

高逸峰+胡全喜

摘 要：本文主要通過對(duì)電鍋爐蓄熱供暖方案的研究，提出具體方案，解決河北某地居民小區(qū)冬季采暖問題。通過各方面的論證分析，得出所采用的電鍋爐蓄熱供暖方案無論在國(guó)家政策還是實(shí)際經(jīng)濟(jì)性方面都是可行的。

關(guān)鍵詞：電鍋爐；蓄熱；綠電供暖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.057

1 前言

本方案是為了解決河北某地居民小區(qū)冬季采暖問題，該小區(qū)主要建筑類型為住宅和商業(yè)，總供暖面積約為100萬m2。當(dāng)?shù)乜稍偕茉簇S富，規(guī)劃2030年清潔電力發(fā)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到5000萬千瓦，然而，消納不足已經(jīng)成為制約可再生能源發(fā)電的瓶頸。為了推動(dòng)能源生產(chǎn)和就近消納，減少棄風(fēng)、棄光限電，促進(jìn)可再生能源消納。結(jié)合本地區(qū)“煤改電”、集中供熱清潔改造，探索實(shí)施綠電供熱新模式，本方案擬采用電鍋爐蓄熱的方式解決冬季采暖問題。

2 方案設(shè)計(jì)條件

冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度：t1=18±2℃

冬季室外供暖設(shè)計(jì)溫度：-13.6℃

冬季室外極端最低溫度：-24.6℃

實(shí)際供暖天數(shù)150天

國(guó)家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

3 熱負(fù)荷計(jì)算

以冬季采暖室外計(jì)算溫度-13.6℃為依據(jù)，以≤10℃為基礎(chǔ)供暖期天數(shù)為150天，本工程建筑物類型主要為住宅和商業(yè)，采暖指標(biāo)平均為50w/m2計(jì)算。

從采暖熱負(fù)荷分布分析，早晨及夜間熱負(fù)荷最高，日間熱負(fù)荷趨于較低。最大負(fù)荷只是從冷態(tài)進(jìn)入熱態(tài)時(shí)才出現(xiàn)，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到18℃-20℃時(shí)，系統(tǒng)只需要維持一定的供熱量即可滿足室內(nèi)溫度的需要。由于一天不同時(shí)段室外溫度的不同，采暖系統(tǒng)正常運(yùn)行負(fù)荷一般在30%～80%。由于蓄熱系統(tǒng)采用了先進(jìn)的控制技術(shù)，可精確的控制蓄熱系統(tǒng)的投用負(fù)荷，因而蓄熱系統(tǒng)供熱并不是所有的時(shí)間都是滿負(fù)荷運(yùn)行，還應(yīng)乘修正系數(shù)。

4 方案比選

4.1 蓄熱系統(tǒng)的形式

（1）本方案采用電能蓄熱系統(tǒng)：在電力低谷期間，利用電作為能源來加熱蓄熱介質(zhì)，并將電能儲(chǔ)藏在蓄熱裝置中；用電高峰期間將蓄熱裝置中的熱能釋放出來滿足供熱需要。其優(yōu)點(diǎn)是：平衡電網(wǎng)峰谷負(fù)荷差；充分利用廉價(jià)的低谷電，降低運(yùn)行費(fèi)用；系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)化程度高，無噪聲，無污染，無明火。

（2）本方案電能蓄熱系統(tǒng)的蓄熱介質(zhì)為水：將水加熱到一定的溫度，使熱能以顯熱的形式儲(chǔ)存在水中，當(dāng)需要用熱時(shí)，將其釋放出來提供采暖用熱需要。其優(yōu)點(diǎn)是：方式簡(jiǎn)單，清潔、成本低廉。

（3）蓄熱系統(tǒng)熱源由電極熱水鍋爐、蓄熱罐組成、板式換熱器、水泵等。

4.2 電極熱水鍋爐原理

電極熱水鍋爐是將電能轉(zhuǎn)化熱能，并將熱能傳遞給介質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換裝置，他由兩個(gè)環(huán)節(jié)組成

（1）將電能轉(zhuǎn)化熱能：三相電流通過設(shè)定電導(dǎo)率的爐水釋放大量熱量。

（2）將熱能傳遞給介質(zhì)：通電后，不斷地產(chǎn)生熱量，并被介質(zhì)（水）不斷地吸收帶走，介質(zhì)（水）由低溫升至高溫，再由循環(huán)水泵送到熱用戶，釋放能量，介質(zhì)（水）再由高溫降至低溫，進(jìn)入電極鍋爐，以此往復(fù)保持熱量平衡。

4.3 谷電時(shí)間段

供熱期24小時(shí)用電負(fù)荷、風(fēng)電負(fù)荷、熱電聯(lián)產(chǎn)、溫度變化象限表如下表所示。

4.4 蓄熱模式

蓄熱模式可以分為：分量蓄熱模式和全量蓄熱模式。

分量蓄熱模式：即夜間主要蓄白天峰段時(shí)間的負(fù)荷量，在白天平段時(shí)間（平段價(jià)格相對(duì)峰段便宜）電極鍋爐開啟，進(jìn)行熱補(bǔ)充。該模式主要用于由于受機(jī)房區(qū)域面積限制，沒有足夠空間安置蓄熱罐。該模式優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備初投資相對(duì)降低。但運(yùn)行費(fèi)用較之于全量蓄熱模式會(huì)相對(duì)增加。

全量蓄熱模式：即對(duì)白天峰段和平段的所有負(fù)荷量進(jìn)行蓄熱，充分利用夜間谷段價(jià)格優(yōu)勢(shì)。該模式優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用低，設(shè)備投資回收期短。缺點(diǎn)設(shè)備初投資相對(duì)大。

5 設(shè)備選型原則

5.1 鍋爐選型原則

主要計(jì)算公式：

鍋爐功率（kw）=夜間直供功率（kw）+蓄熱功率（kw）

夜間直供功率（kw）≥夜間熱負(fù)荷（kw）

蓄熱功率（kw）=總蓄熱量（kwh）/夜間谷段蓄熱時(shí)長(zhǎng)（h，一般為8小時(shí)）

鍋爐總功率（kw）=鍋爐功率（kw）/鍋爐效率*系統(tǒng)熱損失系數(shù)

5.2 蓄熱罐選型原則

計(jì)算公式：蓄熱的水容量應(yīng)為：

V=Q×860/1000×△T2

其中 V——蓄熱水容積m3

Q——白天峰段和平段總熱負(fù)荷量kwh

6 設(shè)計(jì)方案

6.1 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)負(fù)荷情況考慮100%負(fù)荷蓄熱方案。

本方案根據(jù)100%負(fù)荷避峰、避平的原則分析，全天采暖累計(jì)熱負(fù)荷為：1038000kW，8小時(shí)內(nèi)需完成的總蓄熱負(fù)荷為702000kW，則每小時(shí)的蓄熱負(fù)荷為87750 kW；谷電直供部分總負(fù)荷為336000kW，8小時(shí)谷電直供的每小時(shí)平均熱負(fù)荷42000kW，谷電時(shí)段每小時(shí)的總熱負(fù)荷為129750kW。

本方案按照利用夜間低谷電8小時(shí)電鍋爐運(yùn)行，蓄熱供白天16小時(shí)采暖，晚間8小時(shí)直供，選用40MW高壓電極熱水鍋爐3臺(tái)和10MW高壓電極熱水鍋爐1臺(tái)夜間邊蓄邊供。

高壓電極熱水鍋爐

功率： 40MW

電源： 10kV/50HZ/中性不接地

最高工作壓力：0.6MPa

最高工作溫度：130℃

負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍：5%—100%

熱效率： 99.8%

數(shù)量： 3臺(tái)

功率： 10MW

電源： 10kV/50HZ/中性不接地

最高工作壓力：0.6MPa

最高工作溫度：130℃

負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍：5%—100%

熱效率： 99.8%

數(shù)量： 1臺(tái)

承壓罐總?cè)莘e：702000*860/（110-55）/1000=10977m3

蓄熱球罐容積：1900m3

額定工作壓力：0.6MPa

額定工作溫度：120℃

數(shù)量： 6臺(tái)

6.2 運(yùn)行策略

供暖系統(tǒng)全天運(yùn)行的方式如下：

23：00-07：00（谷電），電鍋爐向采暖系統(tǒng)直接供熱；

07：00-23：00（峰平電），蓄熱罐供熱。

7 經(jīng)濟(jì)分析

按照上述方案總投資預(yù)估為7900萬元。

一天的鍋爐總電耗量為1038000kWh。

a. 供暖面積：1000000 m2

b. 居民收費(fèi)36.47元/m2，公建42元/m2

c.低谷電價(jià)：0.2元/kWh 平電0.89元/kwh

d.每個(gè)供暖季電鍋爐運(yùn)行費(fèi)用：1038000kwh/天×0.2元/kwh×150天=3129.8萬元

e. 其他時(shí)段水電雜費(fèi)

電費(fèi)：45kw/h×6×20小時(shí)×150天×0.89元/kwh=720900元 ≈72.1萬元

水費(fèi)：5萬元

f. 供暖期人工：3000元/月×4人×5月=60000元=6萬元

g. 供暖運(yùn)行成本合計(jì)：

3129.8萬元 + 72.1萬元 + 5萬元 + 6萬元 =3212.9萬元

h. 平均每平方米的供暖成本約為：32.1元/m2

8 結(jié)論

通過本方案分析不難看出，在低谷電價(jià)為0.2元/kWh的條件下，供暖成本每平米約為32.1元，仍是比較高的。但是隨著據(jù)了解當(dāng)?shù)匾恍夒妰r(jià)格還會(huì)更低，那供暖成本將會(huì)大幅下降，就比較具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。對(duì)于當(dāng)?shù)厣鐣?huì)環(huán)境，使用電鍋爐能夠有效減少污染排放，是解決當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染問題的重要途徑。針對(duì)電網(wǎng)企業(yè)，能夠有效平衡電網(wǎng)負(fù)荷峰谷，提高夜間低谷電利用率。對(duì)于發(fā)電企業(yè)，提高發(fā)電設(shè)備利用效率，增加發(fā)電量、降低發(fā)電成本。基于以上幾點(diǎn)，采用電鍋爐蓄熱供暖方案應(yīng)該是可行的。