关于清洁能源综合利用的研究——以张家口某洗浴中心热源改造为例

吉 硕 刘聪聪

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

0 前 言

严重的雾霾天气多出现在冬季，与供热期叠加，鉴于此，国家出台一系列政策，大力推进既有建筑节能改造，开展城镇供热系统改造，鼓励创新供热模式.《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》要求逐年淘汰小吨位燃煤供热锅炉，改用可再生能源供热.在这种大环境下，某洗浴中心两台燃煤锅炉需要拆除，拆除后的热源需要进行相应改造.

1 工程概况

该洗浴中心共1栋3层楼，总建筑面积6000 m2.用热需求包括三部分，分别为蒸汽需求、洗浴热水需求以及室内采暖需求.

洗浴中心原热源为2台1吨小型燃煤锅炉，锅炉房空间较小.设有40 m3水箱储存洗浴用热水.另有废弃太阳能集热设备.

采用精细化调整，根据室外温度延续小时数，计算全年采暖热负荷[1]；根据给排水规范[2]，结合实际统计，计算洗浴用水量；根据厨房用汽、洗衣房用汽、消毒用汽以及桑拿用汽特点，结合实际消耗统计，估算蒸汽耗量.洗浴用水及蒸汽系统废汽不回收.各用热系统热负荷统计见表1.

表1

2 改造方案

2.1 方案一——各用热系统设置独立热源

方案一为三种用热系统单独设置热源.

采用蓄热电锅炉为洗浴中心6000 m2建筑供暖.电锅炉蓄热形式分为水蓄热[3]与固体蓄热，前者水箱所占空间较大，由于原锅炉房空间较小，本项目采暖系统热源采用固体蓄热电锅炉.固体蓄热电锅炉仅低谷时段开启蓄能，即低谷时间段蓄能量应满足全天采暖用热[4]，考虑固体蓄热锅炉换热效率，选取固体蓄热电锅炉容量为1.5 MW.

采用太阳能为主、电加热为辅方式为洗浴中心提供洗浴用热水.电加热辅热设备提供所需热量的50%，选取0.24 MW电锅炉作为洗浴用水辅热设备.为降低电锅炉运行成本，洗浴用水利用水箱蓄能，经计算，在洗浴旺季(约20天)，需80 m3用水需求，需在原有40 m3水箱基础上，新增一40 m3水箱.

蒸汽系统单独设置一台1 t/h电蒸汽锅炉.采用直供方式运行.

各系统热源形式见表2.

表2 方案一热源形式

2.1.1 方案一设备投资估算

根据方案一，该洗浴中心热源建设内容包括：采暖用1.5 MW固体蓄热电锅炉及其配套设备、热水系统用0.24 MW电锅炉及其配套设备、原太阳能集热器检修、新建40 m3蓄热水箱、蒸汽用1 t/h电蒸汽锅炉及其配套设备.方案一初投资约为228万元.设备投资估算见表3.

表3 方案一设备投资估算表

2.1.2 方案一运行费用估算

采用新热源后，采暖系统固体蓄热锅炉利用低谷电蓄热，为全天24小时供热，充分利用运行策略[1]，采用节能控制措施[5]，计算出采暖系统全年耗电量约为1015189 KWh，全部为低谷电.由于采暖季与非采暖季谷电电价不同，将洗浴中心采暖运行成本分为采暖季运行成本以及非采暖季运行成本，计算采暖系统年运行成本.

热水系统存在用水旺季20天，旺季水箱温度设80 ℃，淡季水箱温度设50 ℃.在旺季，利用两个水箱同时蓄热即可满足用水需求，淡季时，常用一座水箱，另一座水箱备用或应急，可增加热水系统的可靠性.根据《公共浴室给水排水设计规范》[2]确定洗浴用水温度，结合自来水水温，计算热水系统全年耗热量，太阳能集热器与电锅炉各提供50%热量，计算电锅炉年耗电量约为308420 KWh，热水系统均采用低谷电为水箱蓄热，根据采暖季与非采暖季谷电电价，计算热水系统耗能成本；洗浴用水无回收系统，故增加水量消耗，根据《公共浴室给水排水设计规范》[2]与日常统计，估算洗浴中心全年耗水量约为21250 t.

根据洗浴中心日常用气量统计，约三分之二蒸汽需非低谷电时间段提供，三分之一蒸汽需低谷电时间段提供，经估算蒸汽系统白天耗电量约为584000 KWh，谷电时段耗电量约为292000 KWh.蒸汽系统耗水量约为1252 t，水费约为1万元.

综上，方案一年运行费用约为103.57万元.详见表4.

表4 方案一运行费用估算表

方案一位三种用热系统单独设置电锅炉，初投资需228万元.全年运行费用约为103.57万元.

2.2 方案二——电锅炉直接代替燃煤锅炉

方案二在原系统不变前提下，将洗浴中心原有两台燃煤蒸汽锅炉替换为电蒸汽锅炉，容量与原燃煤锅炉容量相同，均为1 t/h.

考虑运行成本，方案二充分利用原太阳能集热器，洗浴用水采用水箱蓄热方式运行.初投资为增设水箱成本及更换两台蒸汽电锅炉及其配套设备所需成本.

2.2.1 方案二设备投资估算

方案二充分利用洗浴中心原有系统，初投资降低.方案二初投资约为66万，投资估算表见表5.

表5 方案二投资估算表

2.2.2 方案二运行费用估算

参照方案一精细化运行模式，对方案二年运行成本进行估算.方案二采暖系统无蓄热能力，电锅炉24小时运行，因此非谷电时段电耗增加，运行费用会有一定增长.方案二运行费用估算见表6.

表6 方案二运行费用估算表

方案二将两台燃煤锅炉替换为相同容量电锅炉.初投资需66万元.全年运行费用约为136.552万元.

2.3 方案分析

该洗浴中心热源改造方案一初投资约为228万元，年运行费用约为103.57万元；方案二初投资约为66万元，年运行费用约为136.552万元.方案一、方案二运行费用及初投资对比见表7.

表7 两方案投资及运行费用对比

由图1可知，两方案成本累计随系统运行年限增加而增加，当系统运行年限在5年以内时，方案二成本累计消耗较低；当系统运行年限大于5年时，方案一成本累计消耗较低，且随运行年限增长，方案一优势愈加明显.根据热源厂家提供资料与实际运行经验，电锅炉寿命一般在15～20年，因此，长远考虑，该洗浴中心采用方案一即各用热系统独立热源形式最合理，整体成本消耗相对较低.且方案一将采暖、热水及蒸汽系统单独设置热源，系统灵活性与可调节性提高，为后期进一步采取节能降耗措施打下基础.

图1 两方案成本累计综合对比图

3 效益分析

采用方案一后，年能源消耗量见表8.

表8 总能源消耗数量汇总表

采用方案一后与原燃煤锅炉热源相比，污染物排放情况见表9.

表9 减排情况

采用电锅炉作为热源，可减轻环境空气、水体、噪声的污染程度；充分利用低谷电蓄热，可削峰填谷，缩小电力供应峰谷差，优化电网结构，大大减少电厂因供应高峰负荷而增开发电设备所带来的边际成本[6]，符合国家能源政策，符合当地可再生能源发展规划，能够解决弃风电的就地消纳问题，具有良好的社会意义.

4 结 论

本项目针对张家口某洗浴中心热源进行改造，提出两种方案，热源采用电锅炉形式，通过筛选，方案一——各用热系统独立设置热源方式较合适.在运行年限大于5年时，整体运行成本累计相对较小.采用该方案后，系统年耗电量约为219.96万kWh，折合标煤约275.79 t，年灰渣减少量约82.737 t，年烟尘减少量约0.6564 t，年SO2减少量约8.91 t，年CO2减少量约689.475 t，年NOX减少量约4.454 t，符合当地可再生能源发展规划，能够解决弃风电就地消纳问题.具有良好的环保效益与社会效益.