高新区电蓄热供热系统分析

王 琼

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)



高新区电蓄热供热系统分析

王 琼

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

介绍了电锅炉蓄热系统的工作原理及意义，根据蓄热系统的设计原则，从电锅炉、高温蓄热装置、智能化自控系统等方面，阐述了蓄热系统的组成及作用，并通过实例计算说明了电蓄热供热系统经济合理，技术可行。

蓄热系统，电锅炉，热量，供热需求

我国北方地区供热发展迅速，城镇供热普及率达到了70%，集中供热规模继续扩大，目前热源不足的现状突现出来，为解决热源问题，同时解决因为供热所带来的污染和雾霾问题，国家提倡采用清洁能源，在这种环境下，太原市高新区积极响应国家政策，提出了本区域采暖采用清洁能源供热。高新区某区域供热面积约18.8万m2。项目供暖系统拟采用电热水锅炉作为热源，夜间利用富余的低谷电进行蓄热、产生热水，在蓄热的同时对外供热；白天，在用电高峰时段电热水锅炉不开启，而利用低谷时段电锅炉所蓄热的热量进行供热。

1 热源

1.1 工作原理

蓄热系统是指建筑物白天所需的热量的全部或部分在夜间(电力低谷时段)制备好，并以热水的形式储存起来供白天使用，而电锅炉蓄热系统就是在夜间利用电力作为能源来加热蓄热载体(如水、油等)并储存热量，供白天使用[1]。

1.2 电锅炉蓄热系统的意义

冬季采暖是北方冬季雾霾的主要元凶,治理雾霾是个系统工程,主要靠节能减排来降低污染物的排放,电的来源越来越广泛,很多都属于清洁能源,目前电力过剩,冬季弃风电现象严重。电蓄热可以解决风电的不连续性，平衡峰谷负荷的优势，以及利用峰谷电价差的优势，减小运行成本。近几年在供热行业得到了发展。

1.3 分体式蓄热系统

分体式蓄热系统是指电锅炉和蓄热罐分开设置，根据系统设计情况配置板式换热器和变频蓄热水泵，是目前使用较多的型式，锅炉和蓄热罐都按标准产品设计、制造，蓄热罐可在工厂或现场完成。

分体式电热系统有以下优点：

1)锅炉检修方便，更换电热管只需把锅炉筒体放空，更换简单快捷安全；

2)蓄热罐可根据现场灵活设计，通过精心设计达到良好的温度场和流场，大大降低由于传热温差和混合造成的能量损失;

3)在任何时刻都能够实现电热管和蓄热罐的负荷分配，系统能根据负荷的需要控制电锅炉适时加载和卸载，达到良好的经济运行状态；

4)系统在任何时刻都能够实现电锅炉单供热、蓄热罐单供热、电锅炉和蓄热罐联合供热等供热模式；

5)由位于蓄热罐外的无压膨胀水箱解决水的膨胀问题，蓄热罐体积利用率高。

1.4 电蓄热供热设计原则

1)经济性分析。

蓄热系统的经济性主要受初投资和运行费用的综合影响，在运行年限内，尽量使初投资和运行费用最低。蓄热系统的蓄热能力要求越高，其蓄热罐越大，占地也越大，其初投资越高，故根据供热热负荷合理选择蓄热能力是决定初投资最主要的因素。充分利用谷期低电价供热是影响供热成本的主要因素。综合考虑初投资和运行成本，才能达到最佳。要充分利用有关电力优惠政策[2]。

2)节能节投资。

蓄热系统设计的关键是弄清楚供热的热负荷，根据热负荷随天气温度变化的特点，选择合适容量的设备，尽量减小设备的容量，充分利用谷期电价的优势，降低运行成本。

3)可靠性分析。

系统的可靠性主要是指系统整体的效率、运行的稳定性、使用过程的维修量以及使用年限问题。电蓄热系统效率高，运行稳定，维修率低，使用寿命长。故其可靠性能高。

1.5 全量蓄热模式

电锅炉在电力谷期满负荷运行，除保证运行热负荷以外，还能把多余的热量储备起来，在其他时间段，电锅炉不需运行，所需热负荷全部由蓄热设备满足。

2 系统组成及介绍

2.1 电锅炉

电锅炉是一种清洁环保的热源[3]，采用分量蓄热，即次日采暖系统所需的热量在前一天晚上利用低谷电力时段部分蓄好，储存在蓄热罐内。山西地区电力分为峰谷平三个时间段，每段为8 h，每天在电力低谷的8 h内，制备一天需要的热量，蓄存于储热罐里。

项目根据不同区域功能及容量大小等实际情况选择电极式锅炉(10 kV级)。

电极式锅炉采用射流式结构。电极式锅炉主要由锅炉本体(含电极加热和辅助加热系统)、配套供电系统柜、自控系统、各种管路阀门系统等子系统组合而成。锅炉出口热水的温度可根据用户需求调节。电极式锅炉的特点是：启动迅速，短时间内既能提供符合要求的热水，又能稳定可靠运行，且负荷调节范围宽，维护保养便捷。大功率时，优势明显。

2.2 高温蓄热装置(蓄热槽)

高温蓄热装置须能保存次日采暖系统所需的部分热量，高温蓄热罐蓄热结束的设定温度为90 ℃，可满足不同形式的末端用户的供热需求，如风机盘管、散热器和地暖等。本蓄热装置采用优质碳钢材质，内壁喷锌防腐处理，彻底杜绝箱体腐蚀给采暖水质带来的不利影响。

蓄热罐要采取保温和防护措施，一般采用岩棉或者矿棉进行保温，保温厚度应经过经济技术比较后确定，保护层一般要考虑与周围环境相协调，一般采用铝皮，根据周围环境，进行美化。均流器是蓄热装置的关键设备，能起到均匀流场和温度场的作用，能保证温度严格的分层，减小传热和混合所引起的损失。该蓄热装置可根据现场灵活调整安装位置，比如室外或设备层，还可根据用户实际要求设计相关造型及颜色，最大程度保证美观性。

2.3 智能化自控系统

自控系统是组成蓄热系统的关键部分，是整个系统协调工作的指挥系统，对可靠性和性能要求很高，故自控硬件一般购买进口品牌。根据本工程的特点，自控设备采用工业级的PLC(可编程序控制器)。确保电蓄热锅炉运行的全自动控制，实现系统的智能化。

自控系统的智能化为电蓄热锅炉供热系统的监测及控制子系统。自控系统对于蓄热系统的意义正如同大脑对于人体的意义，没有自控系统，蓄热系统将成为一盘散沙。监控系统是蓄能型供热系统的核心组成部分，承担着将蓄热系统内各主要设备以及其他子系统组合成一个可运行的、有功能的“有机整体”的重要使命。

2.4 其他

其他主要设备包括循环水泵、板式换热器、软水器、补水装置以及配电装置均采用优质品牌产品，最大程度的保证整个蓄能型供热系统可靠、稳定运行。

3 运行流程

一次网主要包括：电极式电热水锅炉、储热水循环泵、蓄热水槽、一次网水管、配套阀门及各类仪表等。

二次网主要包括：循环泵、二次网水管、配套阀门及各类仪表等。

一次网通过储热水循环泵形成热水循环，电极式锅炉对一次网循环水进行电加热配套阀门开闭调节来实现电锅炉蓄热同时供热、电锅炉单独供热、蓄热装置单独供热、电锅炉与蓄热装置联合供热4种运行模式。通过板式换热器实现一次网与二次网的热交换。二次网连接各单体分水器(出水)与集水器(回水)，通过二次网循环泵实现各单体供热。

4 供热需求计算

总建筑面积为18.8万m2，末端形式为地暖，通过土建设计院暖通专业提供的数据，设计供暖总热负荷7 518 kW(各单体热负荷之和)。

由表1可知：典型设计日累计满负荷供暖时间为12.6 h，典型设计日供暖热负荷为94 727 kW·h。

表1 典型日各时间段负荷计算表

夜间直供功率为1 503.6 kW，按照最大供热量的60%，其余利用平谷时间直供，蓄热计算得：总蓄热量为94 727×60%=56 836.2 kW·h，蓄热时间8 h，每小时应蓄热7 104.5 kW，锅炉设计热功率：7 104.5+1 503.6=8 608.1 kW，故选择2台4 500 kW的电极式锅炉。

常压蓄热罐最高储热温度计算为90 ℃，蓄热温度为90 ℃～40 ℃；蓄热罐体积计算得：1.2×56 836.2×860/50/1 000=1 173 m3(其中，1.2为根据该蓄热罐实际结构需附加的修正系数;50为蓄热供回水温差;860为kW·h和kcal的换算值;1 000为公式统一单位换算值)，该圆柱形蓄热罐体积最终取值为2个600 m3，其中高度为4 m，占地面积各150 m2。

由上述计算结果可知，选择2台4 500 kW的电极式锅炉及2个600 m3圆柱形蓄热罐可满足整个地块全部供热需求。

[1] 李 勇.蓄热电锅炉技术中应用分析[J].河北电力技术,2009(2)：28-33.

[2] 黄永红.临界峰谷电价比在电锅炉蓄热技术中的应用[J].长沙理工大学学报,2014(2)：91-97.

[3] 王 凡.蓄热电锅炉供热系统及其设计探讨[J].建筑热能通风空调,2014(7)：37-39.

Analysis of heat storage and heating system in high tech zone

Wang Qiong

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

The paper introduces the working principle and significance of the heat storage system of the electric boiler, illustrates the components of the heat storage system and their roles from the electric boilers, high-temperature heat storage devices, and intelligent automatic control system according to the design principle for the heat storage system, and indicates the electric heat storage system is reasonable, economical and feasible by the calculation in cases.

heat storage system, electric boiler, thermal volume, demands for heat supply

1009-6825(2017)18-0109-02

2017-04-18

王 琼(1982- )，女，工程师

TU833.1

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