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        某礦山企業(yè)蓄熱式電鍋爐蓄熱方式比選

        2020-10-10 14:08:54
        世界有色金屬 2020年13期
        關(guān)鍵詞:電鍋爐選型水箱

        (青海黃河礦業(yè)有限責(zé)任公司,青海 西寧 810008)

        1 引言

        根據(jù)某企業(yè)將其礦山打造成為“綠色礦山”的總體要求。擬在采選項(xiàng)目供暖方式中選擇清潔供暖技術(shù)。受礦山采選項(xiàng)目現(xiàn)場條件限制,考慮本項(xiàng)目程執(zhí)行當(dāng)?shù)卮蠊I(yè)電價(jià),峰谷電價(jià)差明顯,可建設(shè)蓄熱式電鍋爐供暖方式,以達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效益。蓄熱式電鍋爐供暖的方式有多種,且相對結(jié)構(gòu)簡單,可滿足大規(guī)模供熱需求的方式通常有兩種,即電鍋爐+蓄熱水、固體蓄熱式電鍋爐。

        1.1 電鍋爐供暖

        電鍋爐供暖主要由電鍋爐、蓄熱裝置、末端供暖系統(tǒng)組成。電鍋爐是將電能轉(zhuǎn)換為熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置。目前,電鍋爐供暖多采用電阻式加熱技術(shù),電阻式加熱技術(shù)又分為電阻式電鍋爐和電極式電鍋爐。

        (1)電阻式電鍋爐。電阻式電鍋爐是采用高阻抗電熱元件,接通電源后,電熱元件產(chǎn)生高熱使水成為熱水或蒸汽。

        (2)電極式電鍋爐。電極式電鍋爐的工作原理是把電極插入水中,利用水的高熱阻特性,直接將電能轉(zhuǎn)換為熱能。

        (3)兩種鍋爐對比。電阻式和電極式兩種鍋爐相比較,電阻式電鍋爐技術(shù)成熟,投資低,運(yùn)行成本低,但是鍋爐容量受到電熱元件結(jié)構(gòu)布置的限制,容壓范圍小,單體鍋爐功率小。電極式電鍋爐技術(shù)先進(jìn),啟動迅速,短時(shí)間內(nèi)既能提供符合要求的蒸汽或熱水;穩(wěn)定可靠運(yùn)行,且負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬,大功率時(shí),優(yōu)勢明顯。但其需要在水中加入一定電解質(zhì)提高水的導(dǎo)電率,以保證加熱(此鍋爐內(nèi)必須加入一定的電解質(zhì),使?fàn)t水具有一定的電阻,才能使其導(dǎo)電,但爐水的導(dǎo)電率不是越高越好,否則容易造成擊穿等事故),同時(shí)鍋爐內(nèi)水需要與供暖用水分離,利用二次換熱供暖;另外其屬于高壓設(shè)備,投資、操作、運(yùn)行及維護(hù)成本均較高。

        表1 采暖用熱負(fù)荷表

        本項(xiàng)目供熱負(fù)荷為13.2MW,供熱負(fù)荷較大,可采用電極式電鍋爐配套蓄熱水箱,在低谷電時(shí)段采用鍋爐直供,在峰時(shí)電價(jià)時(shí)利用蓄熱水箱中的熱水供暖。

        1.2 固體蓄熱式電鍋爐供暖

        固體蓄熱式電鍋爐是在國家鼓勵低谷時(shí)段用電,并享受優(yōu)惠電價(jià)的政策下,推出的一種新型高效、節(jié)能的電加熱產(chǎn)品,在電鍋爐供暖系統(tǒng)的基礎(chǔ)上填加相應(yīng)的蓄熱裝置,從而構(gòu)成蓄熱式電鍋爐系統(tǒng)。固體蓄熱式電鍋爐供暖系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行成本較低,比熱容大,占地面積小,結(jié)構(gòu)簡單等。其缺點(diǎn)是固體蓄熱材料價(jià)格較貴,初始投資大。

        2 采暖熱負(fù)荷

        根據(jù)項(xiàng)目初步設(shè)計(jì),采選項(xiàng)目設(shè)計(jì)采暖周期為10月1日至次年的4月30日,總計(jì)197天。供暖總負(fù)荷為13.2MW,其中采場供暖負(fù)荷為2.4MW,選礦廠供暖負(fù)荷為8.3MW,生活區(qū)供暖負(fù)荷為2.5MW。洗浴熱水負(fù)荷為2.665MW。

        表2 采暖用熱負(fù)荷表

        表3 洗浴用熱負(fù)荷表

        3 設(shè)備選型計(jì)算[1]

        根據(jù)項(xiàng)目供暖用熱負(fù)荷及洗浴用熱負(fù)荷表,計(jì)算出電極式電鍋爐+蓄熱水箱的供暖和固體蓄熱式電鍋爐兩種方式設(shè)備選型。由于本項(xiàng)目屬當(dāng)?shù)卮蠊I(yè)用電,電價(jià)執(zhí)行梯級電價(jià),具體價(jià)格如下:每天用電時(shí)間分為高峰、低谷、平段三個時(shí)段,每個時(shí)段各為8小時(shí)。即高峰:9:00-12:00、18:00-23:00;0.5590元/度;低谷:0:00-8:00;0.1376元/度;平段:其余時(shí)間段,0.3483元/度。

        3.1 電鍋爐+水儲熱選型計(jì)算

        本方案采用全量蓄熱模式。取白天峰段和部分平段的所有負(fù)荷量為總量40%計(jì)算鍋爐型號和蓄熱水箱(注:理論計(jì)算儲熱部分負(fù)荷為總量的33.33%,考慮到熱損及供暖安全,調(diào)整系數(shù)至40%)。

        項(xiàng)目日均需采暖電量為13200×24=316800kWh。

        洗浴用水電量為2665×3=7995kWh

        則蓄熱電量為316800×40%+7995=134715kWh。

        3.1.1 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(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)

        3.1.2 蓄熱水箱選型

        計(jì)算公式:蓄熱水箱有效容積為:V有效=η損×Q×0.86÷ΔT2

        其中V—蓄熱水箱有效容積m3;Q—白天峰段和平段總熱負(fù)荷量kWh;η損——系統(tǒng)熱損失系數(shù),一般取1.05-1.1;蓄熱水箱總?cè)莘e為:V總=V有效總÷η2,η2為有效容積系數(shù),一般取0.9。

        表4 蓄熱水箱容積計(jì)算表

        根據(jù)計(jì)算,滿足采選項(xiàng)目8小時(shí)供暖及供洗浴熱水需要蓄熱水箱總?cè)莘e4046m3。

        3.1.3 設(shè)備選型計(jì)算[1]

        電鍋爐:蓄熱功率=126720÷16=8420kW;

        夜間直供所需熱負(fù)荷,8420+13200=21620kW。電鍋爐功率為21620÷0.98=22061kW。故選取1臺22MW的電鍋爐可滿足本項(xiàng)目的需要,但由于本項(xiàng)目供熱負(fù)荷較大,為保障供暖安全,建議選擇兩臺22MW電鍋爐,一用一備保障正常供暖。

        3.2 電蓄熱鍋爐選型計(jì)算

        根據(jù)本項(xiàng)目現(xiàn)有的輸入條件,日取暖熱負(fù)荷為:

        Qr=q×S×T2×η2/η1/1000

        其中:Qr-日取暖熱負(fù)荷(kWh);q—采暖熱指標(biāo)(W/m2);S—采暖面積(m2)T2—取暖時(shí)長(h);η1—設(shè)備熱效率;η2—管路損失系數(shù)。

        本項(xiàng)目日取暖負(fù)荷為:

        Qr=13200×24×1.05/0.95=350148kWh

        洗浴負(fù)荷為:Qr=2665×3×1.05/0.95=8837kWh

        設(shè)備總電功率計(jì)算如下:P總=Qr/T

        其中:P總—設(shè)備總電功率(kW);Qr—日取暖熱負(fù)荷(kWh);T—谷電時(shí)長(h)。

        本項(xiàng)目設(shè)備總電功率為:

        P總=(350148+8837)/16=22437kW

        根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,本采暖項(xiàng)目所需固體蓄熱式電鍋爐用電負(fù)荷為22.5MW即可滿足項(xiàng)目需求,結(jié)合目前固體蓄熱式電鍋爐型號,建議選用1臺11.5MW,3臺3.5MW的蓄熱式電鍋爐,便于根據(jù)天氣變化靈活控制,同時(shí)兼顧供應(yīng)洗浴熱水。

        4 項(xiàng)目實(shí)際供暖負(fù)荷計(jì)算

        根據(jù)當(dāng)?shù)?981-2015年室外溫度選擇平均溫度最低的元月份平均溫度為例,全月日平均溫度最低-12.3℃,最高溫度-2.7℃,對應(yīng)項(xiàng)目供暖熱負(fù)荷分別為11.17MW、7.53MW,月均供暖負(fù)荷為9.49MW。

        根據(jù)當(dāng)?shù)?981-2015年室外溫度選擇元月份日最低溫度為例計(jì)算,全月日最低溫度-18.6℃,最高溫度-8.6℃,對應(yīng)項(xiàng)目供暖熱負(fù)荷分別為13.55MW、9.76MW。

        而計(jì)算元月份分時(shí)平均溫度熱負(fù)荷,得知平均最低溫度時(shí)刻為上午9點(diǎn),溫度-13.2℃,相應(yīng)供熱負(fù)荷為11.77MW;最高溫度時(shí)刻為下午16時(shí)、17時(shí),平均溫度為-1.2℃,相應(yīng)供熱負(fù)荷為6.96MW。

        綜上可知,根據(jù)設(shè)備選型計(jì)算結(jié)果,選擇22MW和23MW的電鍋爐水蓄熱和固體蓄熱式電鍋爐兩種供暖方式均可滿足項(xiàng)目供熱需求,特別是極低溫度下仍可以通過調(diào)節(jié)蓄熱時(shí)段來滿足供熱,但大多數(shù)時(shí)間內(nèi)實(shí)際供熱負(fù)荷保持在10MW左右,因此在實(shí)際運(yùn)行中可以考慮通過調(diào)節(jié)蓄熱時(shí)段,來降低用電量及供暖成本。

        5 結(jié)論

        根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出,水蓄熱式電鍋爐供暖與固體蓄熱式電鍋爐供暖兩種供暖方式供電負(fù)荷分別為22MW和22.5MW,兩者相差較小且均能滿足項(xiàng)目供熱需求,但電鍋爐需要建設(shè)兩臺設(shè)備保障供暖安全,而且電極式熱鍋爐對加熱水質(zhì)要求較高,需要根據(jù)水質(zhì)特性添加電解質(zhì)且電解質(zhì)濃度不易控制,操作運(yùn)行難度大,檢修維護(hù)均需要專業(yè)人員;固體蓄熱式電鍋爐結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行操作便捷,維護(hù)方便無需專業(yè)人員,因此建議選擇固體蓄熱式電鍋爐作為采選項(xiàng)目供暖方式。

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