一种储热式电磁感应采暖系统在某工程中的应用

张从军 谢广峰 金佳洋

（1.河钢集团矿山设计有限公司；2.河钢集团司家营北区分公司）

河钢集团涞源有色金属公司选矿厂原有2 台2 t燃煤锅炉，用于办公楼和选厂车间采暖使用。2017年国家四部委联合发布的《关于扩大中央财政支持北方地区冬季清洁取暖城市试点的通知》中，明确提出3 a示范期结束后试点城市城区清洁取暖率要达到100%。该公司所在的保定市属于清洁取暖试点城市，故根据国家要求，必须取消原有燃煤锅炉采暖设备。通过一系列技术论证后，认为电磁感应锅炉的投资和运行费用较低，且符合3 a 内每年政府补贴5亿元政策补贴范围，因此研究采用储热式电磁感采暖系统解决冬季采暖问题，同时降低运行成本。

1 储热式电磁感应采暖系统施工设计

1.1 储热水箱的保温层设计

为了降低储热能流失，在储热水箱加装保温层，保温计算应根据工艺要求和技术经济分析选择保温计算公式，确定计算参数。在容易导致人身烫伤的位置，采用表面温度法计算保温层厚度，且保温层外表面的温度不能超过60 ℃［1］。该项目中，保温材料吸湿率不超过5%，保温材料憎水率不低于98%，热永久线变化应不超过4%。

1.2 循环水泵和软化水设备设计

采暖系统通过循环水泵向用户输送热水，为了降低运行费用，水泵控制采取变频技术，系统运行采取1 开1 备模式。为了避免水质硬化对采暖系统带来的影响，采暖系统增加了软化水设备。软化水设备通常采用钠离子交换树脂将原水中的钙、镁离子置换出去，经过设备处理得到硬度极低的软化水。

1.3 采配电与防火设计

根据该公司现有采电现状，在办公楼院内设置10 kV 油浸式变压器室1 座，配电方式均采用放射式配电。电源取自公司厂房高压采电回路，一路进线，全长500 m。敷设方式采用直埋及架空敷设相结合。变压器室耐火等级不低于一级，电磁采暖设备间耐火等级不低于二级，均按《建筑灭火器配置设计规范》配置灭火器。

2 系统组成

储热式电磁感应采暖系统硬件主要由电磁感应采暖炉、储热水箱、循环水泵、控制柜等主要设备组成。

2.1 系统工作原理

储热式电磁感应采暖系统是利用电能转换为热能，在控制器内由整流电路将50 Hz 的交流电变成直流电，再经过控制电路将直流电转换成频率为10～20 kHz 的高频交流电，高频交流电经过缠绕在加热体外的高频导线，高速变化的磁场内部产生的磁力线切割加热体时产生无数的小涡流将水磁化，使水迅速加热，达到快速加热水的效果［2-3］。以电为热媒，水为热介质，利用循环泵强制液相循环，将热能输送给用热设施后，继而返回重新加热，如此周而复始，实现热能的连续传递，实现采热的目的。采暖系统工作原理见图1。

2.2 控制系统

该系统由PLC 可编程控制器、触摸屏、变频器和上位机组成。PLC 可编程控制器实现控制程序的运行和执行，触摸屏实现显示系统状态和修改系统参数，变频器控制采水温度，上位机监视整个系统的运行、储存系统信息。根据工艺特点，该系统采用智能化运行控制方式，供暖设备带多路温度控制，在全天24 h 供暖期间，自动控温间歇性工作，白天供电峰值时，系统停止锅炉工作，启用水箱热水供暖。因楼房供暖回水压力较大，需要加装板式换热器代替回水启闭阀密闭管路运行供暖；板式换热器密闭运行可增加系统的稳定性。其中，变频器调节采水温度是保证采热质量的关键。为保证系统稳定高效运行，选用西门子PLC 作为控制系统平台。系统通过使用本地物联网平台，实现了手机APP 对锅炉的远程控制、监测、预警，减少了人力、物力和检修成本（图2）。

2.3 经济效益及环境效益估算

整个采暖期全天24 h 采暖，锅炉运转系数定为0.8；使用平、谷供电法晚间运行，白天采用储能法供热［4-5］。涞源地区谷电电费0.42 元/kWh（晚23 点至次日凌晨6 点），平电电费0.68 元/kWh（晚6 点至8 点），平均电费0.46 元/kWh。采暖季从11 月15 日至3 月15 日，采暖实际天数暂定为120 d。从11 月15 日到12月15日、2月15日到3月15日，这两个月天气不是太冷可降功率运行，蓄热时间8 h，计算运行费用为17 万元。从12月15日到2月15日，这两个月天气较冷需满功率运行，蓄热时间延长至10 h，停机率为80%，运行费用为23 万元。整个采暖期系统运行总费用约40 万元。

该采暖系统实施后采用无人值守远程操控运行，运行费用40 万元/a，减少锅炉工9 人。改造前两台2 t燃煤锅炉燃料成本费用100 万元/a，以及废物排放产生的费用50 万/a，原锅炉工以每班3 人3 班倒工作制，共9 人，按个人成本8 万元/a计算，费用72 元/a。综上所述，每年可节约212 万元。项目实施3 a来，累计节约636 万元。

该项目的取暖总面积5 066 m2，按原用燃煤采暖污染物排量计算，1 个采暖季可减少排放二氧化硫达760 kg、氮氧化物360 kg、烟尘202 kg，环境效益显著。

3 结语

河钢集团涞源有色金属公司选矿厂家属楼应用新型储热式电磁感应采暖系统供暖后，达到了无噪音、无异味、无扬尘、无化学反应、不产生污物的效果，实现了智能远程控制，减少了人员投入及对大气环境的污染，节约了煤炭资源，年可节约212 万元，经济效益、环境效益显著。