某鍋爐改造項目的電鍋爐供暖系統的經濟性分析

黃翠翠 張利姣

(河北建筑工程學院，河北 張家口 075000)

某鍋爐改造項目的電鍋爐供暖系統的經濟性分析

黃翠翠 張利姣

(河北建筑工程學院，河北 張家口 075000)

為了分析張石高速公路某收費站鍋爐房改造項目的電鍋爐供暖系統的經濟性，建立了壽命周期成本計算模型，以壽命周期成本最小為決策準則，優選電鍋爐供暖方案。結合項目實際情況，對電鍋爐水蓄熱系統和電鍋爐固體蓄熱系統進行分析，結果表明電鍋爐水蓄熱系統的初投資比電鍋爐固體蓄熱系統的初投資小的多，前者的壽命周期成本略小于后者的壽命周期成本，宜采用電鍋爐水蓄熱系統供暖。

電鍋爐,經濟性,壽命周期成本

0 引言

2015年7月，國務院通過了關于設立張家口為可再生能源示范區的規劃。作為第一個國家級的“可再生能源示范區”，張家口政府高度重視風能、太陽能等的并網以及消納問題，張家口各個區、縣開始對燃煤鍋爐進行電鍋爐改造。電鍋爐供暖系統，其節能和環保優勢明顯，但初投資比較大。過去設計人員在設計過程中主要考慮如何節省一次性投資，忽略了運行費用與維護費用，要想減少運行費用和維護費用，需采取相應的節能措施，這必將導致初投資的增加。因此，需要建立一個合理的方法對電鍋爐供暖系統進行成本控制與技術評價。

1 壽命周期成本評價模型的建立

近年來，工程設計人員采用各種經濟評價方法對供暖熱源系統進行評價，其中壽命周期成本(Life Cycle Cost，簡稱LCC)法被廣泛采用[1]。LCC是指系統從誕生到報廢過程中業主為實現其功能所支付的總費用。

電采暖系統的LCC由投資成本、運行成本、維護成本和殘值組成的數學模型計算如下：

式中：LCC——壽命周期成本，萬元；Co——初投資成本，萬元；C——運行成本，萬元；S——殘值，萬元；n——生命周期，年；i——折現率；k——時間變量，年；PVSUM——現值和；PV——現值。

在使用效果相同的情況下，LCC越小，系統的經濟效益越高。本文針對采用電鍋爐為熱源的供暖系統進行分析，通過一個實際項目分別分析采用全谷電(10 h)水蓄熱供暖系統、采用全谷電(10 h)固體蓄熱供暖系統的壽命周期成本，以壽命周期成本最小為目標，選擇最佳供熱方案。

2 工程概況

張石高速公路膠泥灣收費站鍋爐房改造工程位于張家口市宣化區，鍋爐房供熱總的建筑面積為4 128 m2，項目主要由一棟4層的辦公樓組成，由于當地無法為該工程提供集中供熱熱源，所以需要為該工程配置獨立的熱源。風電屬于可再生能源、清潔能源，符合節能環保要求。而且風電供暖是國家政策支持項目，電鍋爐水蓄熱系統或電鍋爐固體蓄熱系統成為優選方案。

3 熱源方案比較

3.1 熱源方案簡介

3.1.1 電鍋爐水蓄熱系統

電鍋爐水蓄熱系統分為直供和間供兩種系統，結合本項目的實際情況，選擇間供系統，工藝流程圖如圖1所示。

本項目中，電鍋爐水蓄熱系統擬采用全谷電蓄熱方式：在谷電時段(22:00～8:00)，開啟電鍋爐，加熱蓄熱水箱中的水，同時向用戶供熱，此時F1,F3關閉，F2,F4開啟；峰電時段(8:00～22:00)，關閉電鍋爐，用蓄熱水箱中的熱水向用戶供熱，此時F1,F3開啟，F2,F4關閉。

3.1.2 電鍋爐固體蓄熱系統

電鍋爐固體蓄熱系統工作原理：利用夜間低谷電(22:00～8:00)，將鍋爐內的儲熱介質加熱到750 ℃以上。當用熱時，風機運轉，使空氣流動通過蓄熱體，將蓄熱體中的熱量換出成為高溫熱空氣，通過板式換熱器進行汽—水換熱，將換熱的水加熱，用于用戶供暖，風機再將通過換熱器換熱后的低溫度熱風送回蓄熱室。其工藝流程圖如圖2所示。

3.2 熱源方案的初投資比較

初投資為電鍋爐供暖系統各部分投資之和，包括基本設備費和安裝費。基本設備主要是指鍋爐、蓄熱水箱、水泵、板式換熱器、增加設備用房等。根據項目的實際情況，可以對LCC原理進行簡化[3]，只考慮鍋爐、蓄熱水箱、水泵(只考慮蓄熱水泵)、板式換熱器。安裝費主要包括設備的裝配費和調試費，在本工程中兩種方案均不考慮此項。

3.2.1 設備選型計算

本工程按熱指標進行熱負荷計算，根據張家口的氣候特征及建筑使用性質，將8:00～22:00用蓄熱水箱供暖的時間分為8:00～18:00，18:00～22:00兩個階段，熱指標分別為q8～18=80 W/m2,q18～22=60 W/m2，22:00～8:00熱指標取為q22～8=50 W/m2。根據文獻[4]中的相關公式計算得到鍋爐計算功率為652 kW，蓄熱水箱體積為103 m3。

3.2.2 電鍋爐水蓄熱系統的造價

由圖1可知電鍋爐水蓄熱系統的設備組成，經市場調研，鍋爐的購置成本按418.7元/kW、蓄熱水箱的購置成本按1 750元/m3，水泵購置成本按3 545.5元/kW，板式換熱器成本按1 000元/kW計算。

電鍋爐水蓄熱系統的造價見表1。

表1 電鍋爐水蓄熱系統造價

3.2.3 電鍋爐固體蓄熱系統造價

結合圖2，在本工程中電鍋爐固體蓄熱系統初投資只考慮固體電鍋爐、風機、板式換熱器。經市場調研，風機、板式換熱器的價錢包括在固體電鍋爐里，其綜合單價為1 350元/kW。電鍋爐固體蓄熱系統的初投資見表2。

表2 電鍋爐固體蓄熱系統造價

從熱源設備的初投資來看，電鍋爐水蓄熱系統初投資較小。

3.3 熱源方案的年運行費用比較

系統的運行費用包括電費、水費等。在本工程中只考慮運行費用的主要部分——電費，其包括電鍋爐、水泵、板式換熱器、風機等的運行電費。兩種方案中，鍋爐、循環水泵、板式換熱器的電費相近，本工程中不做考慮。

3.3.1 電鍋爐水蓄熱系統的年運行費用

電鍋爐水蓄熱系統只考慮蓄熱水泵的年運行費用。根據市場調查，張家口峰電電價(8:00～22:00)0.52元/(kW·h)，谷電電價(22:00～8:00)0.15元/(kW·h)。電鍋爐水蓄熱系統的年運行費用見表3。

表3 電鍋爐水蓄熱系統的年運行費用

3.3.2 電鍋爐固體蓄熱系統的年運行費用

本系統只考慮風機的年運行費用。電鍋爐固體蓄熱系統的年運行費用見表4。

表4 電鍋爐固體蓄熱系統的年運行費用

3.4 維護成本

維護成本M包括人工費和維修費，人工費可以根據當地的工資標準進行估算，維修費可按照設備購置費的2%計算。該工程配備2名技術人員、2名維修人員及2名操作人員，每月工資為3 000元。

3.5 殘值

本項目中殘值按系統初投資的4%計算。

3.6 壽命周期成本

假設水蓄熱電鍋爐、固體蓄熱電鍋爐設備的使用年限為15年，折現率按8%計算。按照建立的壽命周期成本計算模型對各方案進行成本計算，見表5。

表5 兩種熱源方案全壽命周期費用 萬元

計算結果可知，電鍋爐水蓄熱系統的初投資比電鍋爐固體蓄熱系統小的多，但是在使用年限為15年的全壽命周期內，電鍋爐水蓄熱式系統的壽命周期成本略低于電鍋爐固體蓄熱式系統的壽命周期成本。

4 結語

1)基于LCC評價方法對電鍋爐供暖系統進行評價，建立了壽命周期成本計算模型，計算壽命周期成本，以壽命周期成本最小為目標，優選電鍋爐供暖方案。

2)將建立的壽命周期成本計算模型應用于實際工程中，結果表明，電鍋爐水蓄熱系統的初投資比電鍋爐固體蓄熱系統小的多，但是在使用年限為15年的全壽命周期內，電鍋爐水蓄熱式系統的壽命周期成本與電鍋爐固體蓄熱式系統的壽命周期成本相差不大。在該項目中，考慮到實際情況，優先選擇電鍋爐水蓄熱系統這種方案。

[1] 壽青云，陳汝東.壽命周期成本分析在區域供冷供暖評價的應用[J].煤氣與熱力，2006，26(4)：51-52.

[2] 張朝輝，李 霞，端木琳，等.區域供冷供暖冷熱源方案的壽命周期成本分析[J].建筑科學，2007，23(4)：74-77.

[3] 房華榮.基于壽命周期成本(LCC)的暖通空調方案選擇的應用研究[D].西安：長安大學，2007.

[4] 滕 力.03R102蓄熱式電鍋爐房設計施工圖集[Z].北京：中國建筑標準設計研究院，2003.

[5] 劉衛東,潘廣旭,王曉梅,等.基于生命周期成本理論的電鍋爐供暖方案優選方法研究[J].科技創新與應用，2017(5)：30-32.

[6] 胡松濤，等.固體蓄熱式電鍋爐在青島某辦公建筑空調系統中的應用[J].暖通空調HV&AC，2015,45(15)：25-29.

Economic analysis of electric boiler heating system for a boiler reconstruction project

Huang Cuicui Zhang Lijiao

(CollegeofHebeiUniversityofArchitecture,Zhangjiakou075000,China)

In order to analyze the economy of the electric boiler heating system of the boiler room renovation project of a toll station in Zhang-Shi expressway, a life cycle cost calculation model is established. The minimum cost of life cycle is the decision criterion, and the electric boiler heating scheme is preferred. According to the actual situation of the project, the electric boiler boiler heat storage system and the electric boiler thermal storage system are analyzed. The results show that the initial investment of the electric boiler heat storage system is much smaller than the initial investment of the thermal storage system of the electric boiler. Cycle cost is slightly less than the latter’s life cycle cost, should use electric boiler water storage system heating.

electric boiler, economy, life cycle cost

1009-6825(2017)22-0186-03

2017-05-26

黃翠翠(1993- )，女，在讀碩士

TU833.1

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