關(guān)于清潔能源綜合利用的研究
——以張家口某洗浴中心熱源改造為例

吉 碩 劉聰聰

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

0 前 言

嚴(yán)重的霧霾天氣多出現(xiàn)在冬季，與供熱期疊加，鑒于此，國家出臺一系列政策，大力推進(jìn)既有建筑節(jié)能改造，開展城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)改造，鼓勵創(chuàng)新供熱模式.《京津冀及周邊地區(qū)落實(shí)大氣污染防治行動計(jì)劃實(shí)施細(xì)則》要求逐年淘汰小噸位燃煤供熱鍋爐，改用可再生能源供熱.在這種大環(huán)境下，某洗浴中心兩臺燃煤鍋爐需要拆除，拆除后的熱源需要進(jìn)行相應(yīng)改造.

1 工程概況

該洗浴中心共1棟3層樓，總建筑面積6000 m2.用熱需求包括三部分，分別為蒸汽需求、洗浴熱水需求以及室內(nèi)采暖需求.

洗浴中心原熱源為2臺1噸小型燃煤鍋爐，鍋爐房空間較小.設(shè)有40 m3水箱儲存洗浴用熱水.另有廢棄太陽能集熱設(shè)備.

采用精細(xì)化調(diào)整，根據(jù)室外溫度延續(xù)小時數(shù)，計(jì)算全年采暖熱負(fù)荷[1]；根據(jù)給排水規(guī)范[2]，結(jié)合實(shí)際統(tǒng)計(jì)，計(jì)算洗浴用水量；根據(jù)廚房用汽、洗衣房用汽、消毒用汽以及桑拿用汽特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際消耗統(tǒng)計(jì)，估算蒸汽耗量.洗浴用水及蒸汽系統(tǒng)廢汽不回收.各用熱系統(tǒng)熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見表1.

表1

2 改造方案

2.1 方案一——各用熱系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立熱源

方案一為三種用熱系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置熱源.

采用蓄熱電鍋爐為洗浴中心6000 m2建筑供暖.電鍋爐蓄熱形式分為水蓄熱[3]與固體蓄熱，前者水箱所占空間較大，由于原鍋爐房空間較小，本項(xiàng)目采暖系統(tǒng)熱源采用固體蓄熱電鍋爐.固體蓄熱電鍋爐僅低谷時段開啟蓄能，即低谷時間段蓄能量應(yīng)滿足全天采暖用熱[4]，考慮固體蓄熱鍋爐換熱效率，選取固體蓄熱電鍋爐容量為1.5 MW.

采用太陽能為主、電加熱為輔方式為洗浴中心提供洗浴用熱水.電加熱輔熱設(shè)備提供所需熱量的50%，選取0.24 MW電鍋爐作為洗浴用水輔熱設(shè)備.為降低電鍋爐運(yùn)行成本，洗浴用水利用水箱蓄能，經(jīng)計(jì)算，在洗浴旺季(約20天)，需80 m3用水需求，需在原有40 m3水箱基礎(chǔ)上，新增一40 m3水箱.

蒸汽系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置一臺1 t/h電蒸汽鍋爐.采用直供方式運(yùn)行.

各系統(tǒng)熱源形式見表2.

表2 方案一熱源形式

2.1.1 方案一設(shè)備投資估算

根據(jù)方案一，該洗浴中心熱源建設(shè)內(nèi)容包括：采暖用1.5 MW固體蓄熱電鍋爐及其配套設(shè)備、熱水系統(tǒng)用0.24 MW電鍋爐及其配套設(shè)備、原太陽能集熱器檢修、新建40 m3蓄熱水箱、蒸汽用1 t/h電蒸汽鍋爐及其配套設(shè)備.方案一初投資約為228萬元.設(shè)備投資估算見表3.

表3 方案一設(shè)備投資估算表

2.1.2 方案一運(yùn)行費(fèi)用估算

采用新熱源后，采暖系統(tǒng)固體蓄熱鍋爐利用低谷電蓄熱，為全天24小時供熱，充分利用運(yùn)行策略[1]，采用節(jié)能控制措施[5]，計(jì)算出采暖系統(tǒng)全年耗電量約為1015189 KWh，全部為低谷電.由于采暖季與非采暖季谷電電價(jià)不同，將洗浴中心采暖運(yùn)行成本分為采暖季運(yùn)行成本以及非采暖季運(yùn)行成本，計(jì)算采暖系統(tǒng)年運(yùn)行成本.

熱水系統(tǒng)存在用水旺季20天，旺季水箱溫度設(shè)80 ℃，淡季水箱溫度設(shè)50 ℃.在旺季，利用兩個水箱同時蓄熱即可滿足用水需求，淡季時，常用一座水箱，另一座水箱備用或應(yīng)急，可增加熱水系統(tǒng)的可靠性.根據(jù)《公共浴室給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]確定洗浴用水溫度，結(jié)合自來水水溫，計(jì)算熱水系統(tǒng)全年耗熱量，太陽能集熱器與電鍋爐各提供50%熱量，計(jì)算電鍋爐年耗電量約為308420 KWh，熱水系統(tǒng)均采用低谷電為水箱蓄熱，根據(jù)采暖季與非采暖季谷電電價(jià)，計(jì)算熱水系統(tǒng)耗能成本；洗浴用水無回收系統(tǒng)，故增加水量消耗，根據(jù)《公共浴室給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]與日常統(tǒng)計(jì)，估算洗浴中心全年耗水量約為21250 t.

根據(jù)洗浴中心日常用氣量統(tǒng)計(jì)，約三分之二蒸汽需非低谷電時間段提供，三分之一蒸汽需低谷電時間段提供，經(jīng)估算蒸汽系統(tǒng)白天耗電量約為584000 KWh，谷電時段耗電量約為292000 KWh.蒸汽系統(tǒng)耗水量約為1252 t，水費(fèi)約為1萬元.

綜上，方案一年運(yùn)行費(fèi)用約為103.57萬元.詳見表4.

表4 方案一運(yùn)行費(fèi)用估算表

方案一位三種用熱系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置電鍋爐，初投資需228萬元.全年運(yùn)行費(fèi)用約為103.57萬元.

2.2 方案二——電鍋爐直接代替燃煤鍋爐

方案二在原系統(tǒng)不變前提下，將洗浴中心原有兩臺燃煤蒸汽鍋爐替換為電蒸汽鍋爐，容量與原燃煤鍋爐容量相同，均為1 t/h.

考慮運(yùn)行成本，方案二充分利用原太陽能集熱器，洗浴用水采用水箱蓄熱方式運(yùn)行.初投資為增設(shè)水箱成本及更換兩臺蒸汽電鍋爐及其配套設(shè)備所需成本.

2.2.1 方案二設(shè)備投資估算

方案二充分利用洗浴中心原有系統(tǒng)，初投資降低.方案二初投資約為66萬，投資估算表見表5.

表5 方案二投資估算表

2.2.2 方案二運(yùn)行費(fèi)用估算

參照方案一精細(xì)化運(yùn)行模式，對方案二年運(yùn)行成本進(jìn)行估算.方案二采暖系統(tǒng)無蓄熱能力，電鍋爐24小時運(yùn)行，因此非谷電時段電耗增加，運(yùn)行費(fèi)用會有一定增長.方案二運(yùn)行費(fèi)用估算見表6.

表6 方案二運(yùn)行費(fèi)用估算表

方案二將兩臺燃煤鍋爐替換為相同容量電鍋爐.初投資需66萬元.全年運(yùn)行費(fèi)用約為136.552萬元.

2.3 方案分析

該洗浴中心熱源改造方案一初投資約為228萬元，年運(yùn)行費(fèi)用約為103.57萬元；方案二初投資約為66萬元，年運(yùn)行費(fèi)用約為136.552萬元.方案一、方案二運(yùn)行費(fèi)用及初投資對比見表7.

表7 兩方案投資及運(yùn)行費(fèi)用對比

由圖1可知，兩方案成本累計(jì)隨系統(tǒng)運(yùn)行年限增加而增加，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行年限在5年以內(nèi)時，方案二成本累計(jì)消耗較低；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行年限大于5年時，方案一成本累計(jì)消耗較低，且隨運(yùn)行年限增長，方案一優(yōu)勢愈加明顯.根據(jù)熱源廠家提供資料與實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電鍋爐壽命一般在15～20年，因此，長遠(yuǎn)考慮，該洗浴中心采用方案一即各用熱系統(tǒng)獨(dú)立熱源形式最合理，整體成本消耗相對較低.且方案一將采暖、熱水及蒸汽系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置熱源，系統(tǒng)靈活性與可調(diào)節(jié)性提高，為后期進(jìn)一步采取節(jié)能降耗措施打下基礎(chǔ).

圖1 兩方案成本累計(jì)綜合對比圖

3 效益分析

采用方案一后，年能源消耗量見表8.

表8 總能源消耗數(shù)量匯總表

采用方案一后與原燃煤鍋爐熱源相比，污染物排放情況見表9.

表9 減排情況

采用電鍋爐作為熱源，可減輕環(huán)境空氣、水體、噪聲的污染程度；充分利用低谷電蓄熱，可削峰填谷，縮小電力供應(yīng)峰谷差，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，大大減少電廠因供應(yīng)高峰負(fù)荷而增開發(fā)電設(shè)備所帶來的邊際成本[6]，符合國家能源政策，符合當(dāng)?shù)乜稍偕茉窗l(fā)展規(guī)劃，能夠解決棄風(fēng)電的就地消納問題，具有良好的社會意義.

4 結(jié) 論

本項(xiàng)目針對張家口某洗浴中心熱源進(jìn)行改造，提出兩種方案，熱源采用電鍋爐形式，通過篩選，方案一——各用熱系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置熱源方式較合適.在運(yùn)行年限大于5年時，整體運(yùn)行成本累計(jì)相對較小.采用該方案后，系統(tǒng)年耗電量約為219.96萬kWh，折合標(biāo)煤約275.79 t，年灰渣減少量約82.737 t，年煙塵減少量約0.6564 t，年SO2減少量約8.91 t，年CO2減少量約689.475 t，年NOX減少量約4.454 t，符合當(dāng)?shù)乜稍偕茉窗l(fā)展規(guī)劃，能夠解決棄風(fēng)電就地消納問題.具有良好的環(huán)保效益與社會效益.