某矿山企业蓄热式电锅炉蓄热方式比选

（青海黄河矿业有限责任公司，青海 西宁 810008）

1 引言

根据某企业将其矿山打造成为“绿色矿山”的总体要求。拟在采选项目供暖方式中选择清洁供暖技术。受矿山采选项目现场条件限制，考虑本项目程执行当地大工业电价，峰谷电价差明显，可建设蓄热式电锅炉供暖方式，以达到最佳经济效益。蓄热式电锅炉供暖的方式有多种，且相对结构简单，可满足大规模供热需求的方式通常有两种，即电锅炉+蓄热水、固体蓄热式电锅炉。

1.1 电锅炉供暖

电锅炉供暖主要由电锅炉、蓄热装置、末端供暖系统组成。电锅炉是将电能转换为热能的能量转换装置。目前，电锅炉供暖多采用电阻式加热技术，电阻式加热技术又分为电阻式电锅炉和电极式电锅炉。

（1）电阻式电锅炉。电阻式电锅炉是采用高阻抗电热元件，接通电源后，电热元件产生高热使水成为热水或蒸汽。

（2）电极式电锅炉。电极式电锅炉的工作原理是把电极插入水中，利用水的高热阻特性，直接将电能转换为热能。

（3）两种锅炉对比。电阻式和电极式两种锅炉相比较，电阻式电锅炉技术成熟，投资低，运行成本低，但是锅炉容量受到电热元件结构布置的限制，容压范围小，单体锅炉功率小。电极式电锅炉技术先进，启动迅速，短时间内既能提供符合要求的蒸汽或热水；稳定可靠运行，且负荷调节范围宽，大功率时，优势明显。但其需要在水中加入一定电解质提高水的导电率，以保证加热(此锅炉内必须加入一定的电解质，使炉水具有一定的电阻，才能使其导电，但炉水的导电率不是越高越好，否则容易造成击穿等事故),同时锅炉内水需要与供暖用水分离，利用二次换热供暖；另外其属于高压设备，投资、操作、运行及维护成本均较高。

表1 采暖用热负荷表

本项目供热负荷为13.2MW，供热负荷较大，可采用电极式电锅炉配套蓄热水箱，在低谷电时段采用锅炉直供，在峰时电价时利用蓄热水箱中的热水供暖。

1.2 固体蓄热式电锅炉供暖

固体蓄热式电锅炉是在国家鼓励低谷时段用电，并享受优惠电价的政策下，推出的一种新型高效、节能的电加热产品，在电锅炉供暖系统的基础上填加相应的蓄热装置，从而构成蓄热式电锅炉系统。固体蓄热式电锅炉供暖系统的优点是运行成本较低，比热容大，占地面积小，结构简单等。其缺点是固体蓄热材料价格较贵，初始投资大。

2 采暖热负荷

根据项目初步设计，采选项目设计采暖周期为10月1日至次年的4月30日，总计197天。供暖总负荷为13.2MW，其中采场供暖负荷为2.4MW，选矿厂供暖负荷为8.3MW，生活区供暖负荷为2.5MW。洗浴热水负荷为2.665MW。

表2 采暖用热负荷表

表3 洗浴用热负荷表

3 设备选型计算[1]

根据项目供暖用热负荷及洗浴用热负荷表，计算出电极式电锅炉+蓄热水箱的供暖和固体蓄热式电锅炉两种方式设备选型。由于本项目属当地大工业用电，电价执行梯级电价，具体价格如下：每天用电时间分为高峰、低谷、平段三个时段，每个时段各为8小时。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：其余时间段，0.3483元/度。

3.1 电锅炉+水储热选型计算

本方案采用全量蓄热模式。取白天峰段和部分平段的所有负荷量为总量40%计算锅炉型号和蓄热水箱（注：理论计算储热部分负荷为总量的33.33%，考虑到热损及供暖安全，调整系数至40%）。

项目日均需采暖电量为13200×24=316800kWh。

洗浴用水电量为2665×3=7995kWh

则蓄热电量为316800×40%+7995=134715kWh。

3.1.1 锅炉选型原则

主要计算公式：

锅炉功率（kW）=夜间直供功率（kW）+蓄热功率（kW）

夜间直供功率（kW）≥夜间热负荷（kW）

蓄热功率（kW）=总蓄热量（kWh）/夜间谷段蓄热时长（h，一般为8小时）

锅炉总功率（kw）=锅炉功率（kw）/锅炉效率＊系统热损失系数

3.1.2 蓄热水箱选型

计算公式：蓄热水箱有效容积为：V有效=η损×Q×0.86÷ΔT2

其中V—蓄热水箱有效容积m³；Q—白天峰段和平段总热负荷量kWh；η损——系统热损失系数，一般取1.05-1.1；蓄热水箱总容积为：V总=V有效总÷η2，η2为有效容积系数，一般取0.9。

表4 蓄热水箱容积计算表

根据计算，满足采选项目8小时供暖及供洗浴热水需要蓄热水箱总容积4046m3。

3.1.3 设备选型计算[1]

电锅炉：蓄热功率=126720÷16=8420kW;

夜间直供所需热负荷，8420+13200=21620kW。电锅炉功率为21620÷0.98=22061kW。故选取1台22MW的电锅炉可满足本项目的需要，但由于本项目供热负荷较大，为保障供暖安全，建议选择两台22MW电锅炉，一用一备保障正常供暖。

3.2 电蓄热锅炉选型计算

根据本项目现有的输入条件，日取暖热负荷为：

Qr=q×S×T2×η2/η1/1000

其中：Qr-日取暖热负荷（kWh）；q—采暖热指标（W/m2）；S—采暖面积（m2）T2—取暖时长（h）；η1—设备热效率；η2—管路损失系数。

本项目日取暖负荷为：

Qr=13200×24×1.05/0.95=350148kWh

洗浴负荷为：Qr=2665×3×1.05/0.95=8837kWh

设备总电功率计算如下：P总=Qr/T

其中：P总—设备总电功率（kW）；Qr—日取暖热负荷（kWh）；T—谷电时长（h）。

本项目设备总电功率为：

P总=（350148+8837）/16=22437kW

根据以上计算结果，本采暖项目所需固体蓄热式电锅炉用电负荷为22.5MW即可满足项目需求，结合目前固体蓄热式电锅炉型号，建议选用1台11.5MW,3台3.5MW的蓄热式电锅炉，便于根据天气变化灵活控制，同时兼顾供应洗浴热水。

4 项目实际供暖负荷计算

根据当地1981-2015年室外温度选择平均温度最低的元月份平均温度为例，全月日平均温度最低-12.3℃，最高温度-2.7℃，对应项目供暖热负荷分别为11.17MW、7.53MW，月均供暖负荷为9.49MW。

根据当地1981-2015年室外温度选择元月份日最低温度为例计算，全月日最低温度-18.6℃，最高温度-8.6℃，对应项目供暖热负荷分别为13.55MW、9.76MW。

而计算元月份分时平均温度热负荷，得知平均最低温度时刻为上午9点，温度-13.2℃，相应供热负荷为11.77MW；最高温度时刻为下午16时、17时，平均温度为-1.2℃，相应供热负荷为6.96MW。

综上可知，根据设备选型计算结果，选择22MW和23MW的电锅炉水蓄热和固体蓄热式电锅炉两种供暖方式均可满足项目供热需求，特别是极低温度下仍可以通过调节蓄热时段来满足供热，但大多数时间内实际供热负荷保持在10MW左右，因此在实际运行中可以考虑通过调节蓄热时段，来降低用电量及供暖成本。

5 结论

根据计算结果可以看出，水蓄热式电锅炉供暖与固体蓄热式电锅炉供暖两种供暖方式供电负荷分别为22MW和22.5MW，两者相差较小且均能满足项目供热需求，但电锅炉需要建设两台设备保障供暖安全，而且电极式热锅炉对加热水质要求较高，需要根据水质特性添加电解质且电解质浓度不易控制，操作运行难度大，检修维护均需要专业人员；固体蓄热式电锅炉结构简单，运行操作便捷，维护方便无需专业人员，因此建议选择固体蓄热式电锅炉作为采选项目供暖方式。