滨州贵苑大酒店燃煤锅炉电能替代案例分析

2018-10-17王志梁神瑞宝鞠文杰高建宏张令波

电力需求侧管理 2018年5期

高磊，王志梁，神瑞宝，鞠文杰，高建宏，张令波

（1.国网济南市历城区供电公司，济南 250100；2.国网山东综合能源服务有限公司，济南250012；3.国网烟台供电公司,山东烟台 264001；4.国网聊城供电公司，山东聊城 252001）

1 改造背景

山东省滨州市贵苑大酒店分成A座和B座2部分，总建筑面积25 000 m2，其中A座建筑面积12 000 m2；B座建筑面积10 000 m2，员工宿舍3 000 m2。贵苑大酒店原配套2台燃煤蒸汽锅炉，额定供热量分别为4 t/h和6 t/h。除A座洗衣房由独立的蒸汽管路直接输送蒸汽外，其它各支路用热都是通过浮动盘式汽水换热器，由蒸汽-热水换热来提供采暖或生活热水。酒店A座和B座建筑末端供暖空调采用风机盘管，员工宿舍及附属用房采用散热器提供冬季供暖。改造前系统示意图如图1所示。

图1 改造前酒店供暖系统示意图

2 改造技术路线

酒店全部蒸汽及热水、A座冬季供暖采用电蒸汽锅炉系统。采用电蒸汽锅炉为酒店A座客房供暖，为A座洗衣房、B座客房、员工洗浴房提供全年蒸汽和生活热水。原有蒸汽和热水管网保留，生活热水及供暖通过汽水换热实现。

B座、宿舍及办公楼冬季供暖采用谷电蓄热系统。采用电热水锅炉作为热源，相变热库作为谷电蓄热装置，给酒店B座、宿舍楼及办公楼提供冬季供暖。

相变谷电蓄热系统的运行过程为：用电低谷时段（夜间23:00至次日7:00），电锅炉利用价格较低的谷段电力加热循环水，并将热量储存在由相变材料制作的热库中。用电高峰及平时段，电锅炉不工作，仅启动循环水泵将热库储存的热量释放出来，用于建筑物供暖，其原理示意图如图2所示。

图2 电锅炉谷电相变蓄热系统原理示意图

3 热负荷分析

3.1 供暖热负荷分析

酒店年用煤量为1 545 t，其中供暖季日均用煤量为7.47 t，非供暖季日均用煤量为2.63 t，由此可以计算出供暖季用于供暖的日均耗煤量为二者之差4.83 t。取燃煤低位热值为21 MJ/kg，由于燃煤锅炉使用时间已经超过10年，其制热效率按65%计。则采暖日均耗热量

Q=4.83 t×1 000×21 MJ/kg×0.65/3.6=18 326 kWh

按25 000 m2建筑面积24 h供暖计算，可以得出采暖平均热负荷为

P平均=18326kWh×1000/24h/25000m2=30.54W/m2

供暖期间室内维持温度为20℃。供暖季滨州地区室外白天（8:00～20:00）平均气温为3.8℃；夜晚（20:00～8:00）平均气温为0.6℃。则可以计算出日、夜间供暖负荷分别为

P白天=30.54 W/m2×2（20℃-3.8℃）/［（20℃-3.8℃）+（20℃-0.6℃）］=27.8 W/m2

P夜晚=30.54 W/m2×2（20℃-0.6℃）/［（20℃-3.8℃）+（20℃-0.6℃）］=33.3 W/m2

3.2 生活热水与蒸汽用量热负荷分析

（1）生活热水峰值负荷分析

生活热水需求分4个部分，分别是员工洗浴房、酒店客房、餐厅和洗衣房。图3为生活热水全天每小时制热峰值功率模拟结果，可以看出生活热水小时峰值负荷为733 kW。

（2）洗衣房蒸汽热负荷分析

图3 酒店生活热水热负荷模拟结果

图4 酒店生活热水和蒸汽小时峰值负荷模拟结果

根据酒店蒸汽使用情况，洗衣房最繁忙时所有设备均处于满负荷运行状态，每小时消耗蒸汽量为535 kg（150℃、0.5 MPa），制热功率为408 kW。洗衣房工作时间为8:00～17:00，总计9 h。

（3）生活热水+蒸汽峰值负荷分析

将蒸汽和生活热水峰值制热量合并，得出生活热水+蒸汽全天每小时制热峰值负荷模拟结果见图4，可以看出，由于负荷的时间分布特性，峰值负荷依然为733 kW。因此将生活热水与蒸汽合并为同一套系统，可以使系统简化，避免重复投资。

综上，酒店全部生活热水和洗衣房蒸汽共用一套电蒸汽锅炉系统，生活热水和洗衣房最大功率为733 kW。

4 供暖设备选型

4.1 蓄能设备选型

建筑物共计25 000 m2，综合考虑原有系统特点和施工难度，A座12 000 m2由新上电蒸汽锅炉供暖，B座及员工宿舍共13 000 m2由新上谷电蓄热系统供暖。谷电蓄热系统由电热水锅炉和相变热库等组成。

夜间热水锅炉直供需要热量为

Q直供=33.3W/m2×8h×13000m2/1000=3460kWh

需为白天蓄热量为

Q蓄热=（27.8W/m2×12h+33.3W/m2×4h）×13000m2/1 000/0.98=6 193 kWh

计算中计及了相变热库每天2%的热损。每台标准热库的储热量为181 kWh，共需配置热库35台。

4.2 电热水锅炉功率选型

在谷电（23:00～7:00）时间段，利用电热水锅炉给热库充热。电锅炉提供的热量既要满足谷电时间段的采暖需求，又要满足将所有热库全部充满，则锅炉需要提供的热量为

按照谷电8 h，以及锅炉效率98%计算，则电锅炉功率为

需要配置2台1.5 t/h（1 080 kW）的电热水锅炉（设计余量75%）。

4.3 极端天气条件下谷电蓄热系统的供暖模式

按滨州地区夜间-20℃，白天-10℃极端天气计算。夜间供暖负荷

8 h谷电直供所需热量为68.6 W/m2×13 000 m2×8 h/1 000/0.98=7 280 kWh

8 h锅炉产生热量为2 160 kW×8 h×0.98=16 934 kWh

可为热库蓄热量为（16 934-7 280）kWh=9 654 kWh＞7 280 kWh

热库所蓄热量可在非谷电期间供暖时间为

7 280 kWh×1 000×0.98/51.5 W/m2/13 000 m2=10.65 h

其余时间可采用电锅炉直供方式供暖。

4.4 电蒸汽锅炉功率选型

电蒸汽锅炉功率按极端天气（夜间-20℃）下仍能满足A座12 000 m2可靠供暖考虑，具体选型如下

与前述生活热水和洗衣房蒸汽功率需求733 kW相加，即得电蒸汽锅炉最大功率为1 575 kW。故配2台电1.5 t/h电蒸汽锅炉，总功率2 160 kW。完全满足极寒天气正常供暖及生活热水、蒸汽的保障。

酒店改造后供暖、生活热水和蒸汽系统示意图如图5所示。

图5 改造后酒店供暖系统示意图

5 系统改造实施

为不影响酒店的正常使用，同时改造后系统均应考虑设备维修及更换时系统的正常运行。在改造时，首先考虑尽可能的使用原有设备及管道系统，且同时考虑了蒸汽和供暖系统的备用需求。采用2台1.5 t/h电蒸汽锅炉，给A座酒店客房、A座洗衣房、B座酒店客房、员工洗浴房提供全年蒸汽和生活热水及A座酒店供暖。原有室外蒸汽和热水管网保留。采用谷电热库系统替代燃煤锅炉供热系统，给B座酒店客房以及员工宿舍楼、办公楼等3个区域提供冬季供暖热水。

项目分5部分实施，第一部分首先拆除4 t燃煤锅炉，腾出放置电蒸汽锅炉空间，6 t/h燃煤锅炉继续正常运行。第二部分改造和完善腾出空间的混凝土基础，待基础强度达到70%后，安装2台电蒸汽锅炉。安装主要内容包含完成接线、控制柜、给水泵，以及锅炉、给水泵、原有分汽缸之间管路和保温，以及相关切换阀门的安装。并对电蒸汽锅炉进行调试检测，确保电蒸汽锅炉正常工作。第三部分将2台电蒸汽锅炉输出蒸汽管道连接至锅炉房一楼分汽缸的4 t蒸汽管道。关闭6 t/h燃煤锅炉，开启电蒸汽锅炉，完成蒸汽、生活热水、A楼供暖煤改电的切换。第四部分系统调试，若需要进行电锅炉调试，调试期间，可以重启6 t/h燃煤锅炉保障生活热水和蒸汽供应。调试完成，电直供蒸汽和生活热水系统正常运行后，即可拆除6 t/h燃煤锅炉。第五部分拆除6 t/h燃煤锅炉、除尘设备，按施工图改造和完善热库、水泵、板换。