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        河北某地居民小區(qū)電鍋爐蓄熱供暖方案初探

        2017-05-08 07:04:03高逸峰胡全喜
        山東工業(yè)技術(shù) 2017年8期
        關(guān)鍵詞:電鍋爐

        高逸峰+胡全喜

        摘 要:本文主要通過對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家政策還是實際經(jīng)濟性方面都是可行的。

        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?shù)乜稍偕茉簇S富,規(guī)劃2030年清潔電力發(fā)電裝機規(guī)模達到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。為了推動能源生產(chǎn)和就近消納,減少棄風、棄光限電,促進可再生能源消納。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)計條件

        冬季室內(nèi)設(shè)計溫度:t1=18±2℃

        冬季室外供暖設(shè)計溫度:-13.6℃

        冬季室外極端最低溫度:-24.6℃

        實際供暖天數(shù)150天

        國家相關(guān)規(guī)范和標準。

        3 熱負荷計算

        以冬季采暖室外計算溫度-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),采暖指標平均為50w/m2計算。

        從采暖熱負荷分布分析,早晨及夜間熱負荷最高,日間熱負荷趨于較低。最大負荷只是從冷態(tài)進入熱態(tài)時才出現(xiàn),當室內(nèi)溫度達到18℃-20℃時,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。由于一天不同時段室外溫度的不同,采暖系統(tǒng)正常運行負荷一般在30%~80%。由于蓄熱系統(tǒng)采用了先進的控制技術(shù),可精確的控制蓄熱系統(tǒng)的投用負荷,因而蓄熱系統(tǒng)供熱并不是所有的時間都是滿負荷運行,還應乘修正系數(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)點是:平衡電網(wǎng)峰谷負荷差;充分利用廉價的低谷電,降低運行費用;系統(tǒng)運行的自動化程度高,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存在水中,當需要用熱時,將其釋放出來提供采暖用熱需要。其優(yōu)點是:方式簡單,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,進入電極鍋爐,以此往復保持熱量平衡。

        4.3 谷電時間段

        供熱期24小時用電負荷、風電負荷、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間的負荷量,在白天平段時間(平段價格相對峰段便宜)電極鍋爐開啟,進行熱補充。該模式主要用于由于受機房區(qū)域面積限制,沒有足夠空間安置蓄熱罐。該模式優(yōu)點是設(shè)備初投資相對降低。但運行費用較之于全量蓄熱模式會相對增加。

        全量蓄熱模式:即對白天峰段和平段的所有負荷量進行蓄熱,充分利用夜間谷段價格優(yōu)勢。該模式優(yōu)點是運行費用低,設(shè)備投資回收期短。缺點設(shè)備初投資相對大。

        5 設(shè)備選型原則

        5.1 鍋爐選型原則

        主要計算公式:

        鍋爐功率(kw)=夜間直供功率(kw)+蓄熱功率(kw)

        夜間直供功率(kw)≥夜間熱負荷(kw)

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

        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

        計算公式:蓄熱的水容量應為:

        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荷量kwh

        6 設(shè)計方案

        6.1 方案設(shè)計

        根據(jù)負荷情況考慮100%負荷蓄熱方案。

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

        本方案按照利用夜間低谷電8小時電鍋爐運行,蓄熱供白天16小時采暖,晚間8小時直供,選用40MW高壓電極熱水鍋爐3臺和10MW高壓電極熱水鍋爐1臺夜間邊蓄邊供。

        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℃

        負荷調(diào)節(jié)范圍:5%—100%

        熱效率: 99.8%

        數(shù)量: 3臺

        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℃

        負荷調(diào)節(jié)范圍:5%—100%

        熱效率: 99.8%

        數(shù)量: 1臺

        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

        6.2 運行策略

        供暖系統(tǒng)全天運行的方式如下:

        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)濟分析

        按照上述方案總投資預估為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36.47元/m2,公建42元/m2

        c.低谷電價:0.2元/kWh 平電0.89元/kwh

        d.每個供暖季電鍋爐運行費用:1038000kwh/天×0.2元/kwh×150天=3129.8萬元

        e. 其他時段水電雜費

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

        水費:5萬元

        f. 供暖期人工:3000元/月×4人×5月=60000元=6萬元

        g. 供暖運行成本合計:

        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?shù)匾恍夒妰r格還會更低,那供暖成本將會大幅下降,就比較具有競爭優(yōu)勢。對于當?shù)厣鐣h(huán)境,使用電鍋爐能夠有效減少污染排放,是解決當?shù)丨h(huán)境污染問題的重要途徑。針對電網(wǎng)企業(yè),能夠有效平衡電網(wǎng)負荷峰谷,提高夜間低谷電利用率。對于發(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,采用電鍋爐蓄熱供暖方案應該是可行的。

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