電鍋爐集中管控系統(tǒng)在產(chǎn)業(yè)園區(qū)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

● 沈陽(yáng)漢富置業(yè)有限公司 吳 闖 沈陽(yáng)清華鍋爐有限公司 李攀科

1 項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目位于遼寧沈陽(yáng)市沈北新區(qū)道義經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)。園區(qū)共8個(gè)地塊，總占地1200畝，規(guī)劃建筑面積90萬(wàn)平方米，分3期開(kāi)發(fā)。一期占地372畝，于2014年7月22日奠基，2016年2月交付使用。廠房類型包括單層鋼結(jié)構(gòu)廠房、二層或三層框架廠房。面積區(qū)間有600～1500平方米小型標(biāo)準(zhǔn)廠房、1500～3200平方米中型標(biāo)準(zhǔn)廠房及4000～5000平方米個(gè)性化定制廠房。二期以標(biāo)準(zhǔn)廠房、定制廠房、配套為主，規(guī)劃建設(shè)商業(yè)、員工食堂、員工宿舍、會(huì)議中心等設(shè)施，為園區(qū)提供完善的內(nèi)部配套。三期主要規(guī)劃建設(shè)總部獨(dú)棟及配套物流，為包裝行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的全產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)。因該園區(qū)位于沈陽(yáng)四環(huán)以外，集中供暖尚未覆蓋，采暖問(wèn)題一直是困擾該公司的難題。

2 國(guó)家政策及方案確定

最近幾年環(huán)境污染愈來(lái)愈重，霧霾天氣出現(xiàn)頻率越來(lái)越高，嚴(yán)重影響了人們的生活質(zhì)量，為此國(guó)家出臺(tái)了相應(yīng)的治理霧霾的管理辦法。2016年5月國(guó)家八部委聯(lián)合下發(fā)《推進(jìn)電能替代指導(dǎo)意見(jiàn)》發(fā)改能源(2016)1054號(hào)，文中明確提出電能替代的重要意義，要求根據(jù)不同電能替代方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，因地制宜，分步實(shí)施，逐步擴(kuò)大電能替代范圍，形成清潔、安全、智能的新型能源消費(fèi)方式。國(guó)家能源局2016年12月23日要求進(jìn)一步推進(jìn)燃煤電廠“超低排放”行動(dòng)計(jì)劃、燃?xì)夤┡㈦姽┡?、生物質(zhì)能供暖、地?zé)峁┡袑?shí)落實(shí)中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會(huì)議關(guān)于推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖要求，解決好人民群眾普遍關(guān)心的冬季安全供暖及霧霾問(wèn)題。

同時(shí)，遼寧省制定印發(fā)了《遼寧省供暖（供熱）電力交易方案及規(guī)則》（遼經(jīng)信電力[2016]140號(hào)，決定對(duì)電供暖用電實(shí)行優(yōu)惠政策，考慮到電供暖季節(jié)性用電的特點(diǎn)，對(duì)供暖單位用電實(shí)行峰谷平分時(shí)電價(jià)，為減小供暖單位供暖設(shè)備的初始投資壓力，降低運(yùn)行成本，將低谷時(shí)段由原來(lái)7小時(shí)延長(zhǎng)至10小時(shí)，即由22∶00～5∶00變更為21∶00～7∶00。綜合各方面政策，蓄熱電鍋爐分散控制、集中管理的供暖方案成為該園區(qū)的優(yōu)選方案。

該園區(qū)大部分企業(yè)為早9晚6工作制，電鍋爐可將夜間低谷電的電能轉(zhuǎn)化成熱能儲(chǔ)存起來(lái)，用于白天供暖或供熱水使用，從而降低了用電費(fèi)用，具有環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、安全、高效、無(wú)人值守等特點(diǎn)?？紤]到該園區(qū)大部分為包裝企業(yè)，沒(méi)有專業(yè)的司爐工進(jìn)行鍋爐管理，該項(xiàng)目采用物業(yè)集中管理，業(yè)主自主管理或托管的運(yùn)行模式。在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中引入了“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展理念，該項(xiàng)目中的設(shè)備均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)了包括用電量、輸出的溫度、室內(nèi)的溫度、系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)流量等數(shù)據(jù)的收集，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作與控制，系統(tǒng)運(yùn)行的智能化。

3 供暖系統(tǒng)及相關(guān)計(jì)算

該園區(qū)一期項(xiàng)目規(guī)劃20萬(wàn)平方米，120套工業(yè)廠房，標(biāo)準(zhǔn)廠房面積600～3200平方米不等，按照戶型規(guī)劃，分別按600平方米、800平方米、1200平方米、1500平方米、3200平方米來(lái)選擇電鍋爐，計(jì)劃選擇60～250kW小型電鍋爐共計(jì) 120臺(tái)。 沈陽(yáng)低谷時(shí)段為 21∶00～7∶00，蓄熱時(shí)間按10小時(shí)計(jì)算。

供熱設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)：

采暖方式：暖氣片；供暖時(shí)間：10h/天，Tg；蓄熱時(shí)間：10h/天，Tx；供暖天數(shù)（d）：150 天；采暖設(shè)計(jì)熱指標(biāo)（qh）：60.63W/㎡；平均熱負(fù)荷系數(shù)：0.5。

設(shè)計(jì)熱負(fù)荷計(jì)算（Qs）

Qs=qh×Ao 其中Ao-供熱面積

蓄熱式鍋爐裝機(jī)負(fù)荷計(jì)算（Qz）

K-系統(tǒng)熱損耗系數(shù) η-效率

鍋爐裝機(jī)負(fù)荷計(jì)算情況見(jiàn)表1。

表1 鍋爐裝機(jī)負(fù)荷計(jì)算

4 系統(tǒng)自動(dòng)控制部分

根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)供熱現(xiàn)狀以及發(fā)展要求，提供一套完整的供熱管控一體化解決方案?；凇凹泄芾?，分散控制”的模式以及數(shù)字化、信息化的思想，著眼于“管控一體化”信息系統(tǒng)的建設(shè)，將多個(gè)電鍋爐子系統(tǒng)進(jìn)行整合，建立數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，為企業(yè)生產(chǎn)管理提供依據(jù)。建立一個(gè)先進(jìn)、可靠、高效、安全的集過(guò)程控制、監(jiān)視并且具備良好開(kāi)發(fā)性的智能管理供熱平臺(tái)，完成對(duì)整個(gè)供熱工藝過(guò)程、全部生產(chǎn)設(shè)備以及用戶供熱狀況的監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守，總站少人值班”的目標(biāo)。

系統(tǒng)集中管理控制室采用SCADA系統(tǒng)，用戶單臺(tái)鍋爐房采用西門子SmartS7-200PLC和昆侖通泰觸摸屏，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/ip協(xié)議傳送至集中管控中心。

系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)層、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)層和分析展示層。現(xiàn)場(chǎng)層包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)、用戶的計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采集層包括2臺(tái)冗余的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、2臺(tái)集群的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、1臺(tái)web應(yīng)用服務(wù)器。分析展示層包括一個(gè)調(diào)度站、1個(gè)操作員站。

系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器采用KingSCADA軟件，歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器采用KingHistorian軟件，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采用KingIOserver服務(wù)器，報(bào)表及能源管理模塊、遠(yuǎn)程采用模塊、全網(wǎng)仿真及對(duì)比系統(tǒng)模塊和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)SQLServer。系統(tǒng)可利用互聯(lián)網(wǎng)搭建遠(yuǎn)端監(jiān)控平臺(tái)，業(yè)主可通過(guò)遠(yuǎn)端控制臺(tái)及手機(jī)APP可對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，查詢實(shí)時(shí)電費(fèi)等。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

（1）運(yùn)行費(fèi)用分析。

該項(xiàng)目電鍋爐的采用低谷蓄熱，峰時(shí)段用熱，平谷調(diào)熱的運(yùn)行方式，具體為：21∶00-7∶00（低谷電段）開(kāi)啟電鍋爐，將蓄熱水箱逐一加熱；7∶00-11∶00（峰電段）關(guān)閉電鍋爐，由蓄熱水箱逐一向系統(tǒng)供熱；11∶00-19∶00（平谷電段）根據(jù)室外溫度，適當(dāng)開(kāi)啟電鍋爐。

電鍋爐設(shè)計(jì)負(fù)荷按照夜間蓄熱量能滿足業(yè)主白天供熱的需要，可以按照上述方式，若業(yè)主單天用熱較多，可適當(dāng)增加平電運(yùn)行時(shí)間。一般而言，在冬季較寒冷的1～2個(gè)月每天適當(dāng)采用1～2小時(shí)平電的運(yùn)行方式比較經(jīng)濟(jì)，根據(jù)上述運(yùn)行方式的新建的電鍋爐供暖系統(tǒng)，既可以節(jié)約初投資，又可以適當(dāng)控制運(yùn)行費(fèi)用。該工程的運(yùn)行費(fèi)用根據(jù)電鍋爐的運(yùn)行方式及供暖每天不同時(shí)段的用電計(jì)價(jià)確定。根據(jù)政府的用電政策，每天不同時(shí)段供暖用電計(jì)價(jià)方式為：

21∶00-7∶00 0.2798 元/kWh

7∶00-11∶00 0.6998 元/kWh

11∶00-19∶00 0.4898 元/kWh

19∶00-21∶00 0.6998 元/kWh

按該工程的運(yùn)行方式，沈陽(yáng)冬季供暖期為5個(gè)月，扣除節(jié)假日約120天，平均每天谷電10小時(shí)，整個(gè)供暖期的耗電費(fèi)用如表2。

表2 供暖期的耗電費(fèi)用

從表2可以看出，采用電鍋爐蓄熱式供暖，年運(yùn)行費(fèi)用約為26元/m2，遠(yuǎn)低于沈陽(yáng)集中供暖的32元/m2的價(jià)格。

（2）投資成本分析。電鍋爐蓄熱式供暖與傳統(tǒng)供暖方式初投資費(fèi)用比較見(jiàn)表3。

表3 電鍋爐蓄熱式供暖與傳統(tǒng)供暖方式初投資費(fèi)用比較

電鍋爐按谷電每天運(yùn)行10小時(shí)，燃油、燃?xì)獍凑彰刻爝\(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，燃煤鍋爐按照每天運(yùn)行24小時(shí)計(jì)算。以上燃油、燃?xì)忮仩t效率按照85%，燃煤效率按照70%計(jì)算，其中，鍋爐操作工全年3人工資按照15萬(wàn)計(jì)算，煤的熱量按照5500大卡/kg計(jì)算。由表3可以看出，燃煤鍋爐雖然初投資及運(yùn)行費(fèi)用較低，但對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，其使用受到限制；蓄熱電鍋爐初投資費(fèi)用與燃油（氣）鍋爐相近，但運(yùn)行費(fèi)用約為燃油（氣）鍋爐運(yùn)行費(fèi)用的50%，并且無(wú)污染。

（3）項(xiàng)目效果分析。電鍋爐蓄熱式供暖采用分戶計(jì)量，就是以一家一戶為單位，通過(guò)獨(dú)立控制的電鍋爐控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了單用戶可以自己靈活的控制。這種方式比較靈活，可以根據(jù)業(yè)主的作息時(shí)間，溫度需求設(shè)定電量表，使用多少交多少，使計(jì)費(fèi)更加合理，經(jīng)過(guò)計(jì)算，使用電鍋爐蓄熱式供暖運(yùn)行費(fèi)用要比集中供暖的運(yùn)行費(fèi)用少五分之一，使用效果還要好。

6 結(jié)束語(yǔ)

電取暖作為城市重要的能耗之一，在某種程度上成為改善大氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵。而且，隨著電鍋爐的制造技術(shù)逐步提高，電的使用效率也越來(lái)越高，在某種程度上也成為了改善中國(guó)能源大環(huán)境的關(guān)鍵。隨著電鍋爐集中管控技術(shù)的逐步推廣和應(yīng)用，將對(duì)全國(guó)環(huán)境質(zhì)量的改善起重大作用；同時(shí)也為原本困擾工程設(shè)計(jì)人員多年的高大建筑空間采暖問(wèn)題找到了一個(gè)新的解決方案。