水蓄熱電鍋爐供暖在平房院建筑中的應用

何亦辰　張凡　衛忠

摘要：根據南長街平房院“油改電”鍋爐改造實例，電鍋爐供暖相對于傳統柴油鍋爐供暖的優勢，未來推廣可行性。

關鍵詞：水蓄熱電鍋爐供暖系統；低谷蓄熱；節能運行；推廣

一、前言

我單位轄區內北京市西城區南長街26號平房院，供暖面積約700m2，供暖戶數為6戶，自1999年由燃煤集中供暖改為燃油鍋爐供暖，鍋爐燃料為輕質柴油。南長街26號院位置毗鄰中南海、故宮、長安街，因南、北長街路段實施交通管制，柴油等危化品運輸車輛24小時禁止通行，影響了南長街26號院正常的供暖送油，曾出現過斷油停暖情況。

為了徹底解決南長街平房院供暖保障問題，經過慎重研究并咨詢環保局意見，我單位最終確定將原有柴油鍋爐改造為水蓄熱式電鍋爐。鍋爐改造工程工期約30天，工程造價約40萬元。

二、蓄熱式電鍋爐系統介紹

常壓水蓄熱電鍋爐供暖系統是由電鍋爐、蓄熱水箱/罐（蓄熱罐與大氣聯通保持常壓狀態）、循環水泵、水水板式換熱器及控制系統組成的蓄熱系統。

（一）電鍋爐。

電鍋爐也稱電加熱鍋爐、電熱鍋爐，顧名思義，它是以電力為能源，利用電阻發熱或電磁感應發熱，通過鍋爐的換熱部位把熱媒水或有機熱載體（導熱油）加熱到一定參數（溫度、壓力）時，向外輸出具有額定工質的一種熱能機械設備。電鍋爐熱效率高達95%以上，自控程度高、安裝維修方便、噪音小、環保，與蓄能技術結合又能節約成本。電鍋爐按照使用類型主要分為電開水鍋爐、電熱水鍋爐、電蒸汽鍋爐?？紤]本次改造實際情況，電熱水鍋爐最為適宜。北京城區平房院多為建國初建筑，外圍護結構保溫性能差，屬于非節能建筑，采暖熱指標按100W/m2考慮，南長街26號院采暖設計熱負荷為70KW，選配兩臺熱功率合計90KW的電鍋爐可滿足該院冬季單一采暖需求（滿足室外采暖計算溫度-9℃、室內采暖計算溫度18℃、采暖期120天等供暖條件）。故選用韓奧品牌K7-C45型號恒溫變頻電鍋爐兩臺（單臺額定熱功率45KW）。

（二）蓄熱系統。

蓄熱是指電力負荷在低值時（或在電力低谷期），使用電鍋爐產熱，發揮其蓄熱介質的顯熱（潛熱）本質，用特定方式將熱量儲存，等到電力負荷出現高值時（即在用電高峰期），將熱量釋放，以滿足冬季建筑物供熱需求。蓄熱一般以水為介質，進行水蓄熱，水蓄熱造價低、環保，但占地較大，需要結合場地實際情況最大化建設蓄熱水箱。該改造項目經測算，選用9m3不銹鋼蓄熱水箱，聚氨酯發泡保溫。蓄熱系統由板式換熱器分隔為一次網和二次網系統：電鍋爐—板換—蓄熱水箱—一次網循環泵組成開式一次網系統，蓄熱水箱敞口通大氣，電鍋爐為常壓運行，不屬于特種設備管理范疇，無須到質監部門注冊登記；板換—熱用戶—蓄熱水箱—二次網循環泵及膨脹定壓高位水箱組成閉式二次網系統。南長街水蓄熱電鍋爐供暖系統圖，如下圖所示。

圖1 南長街水蓄熱電鍋爐供暖系統圖

（三）使用前提。

應用蓄熱系統的前提是，所在地區有電力的低谷期和高峰期形成的電價差，可以使鍋爐在低谷電價時全負荷運行，高峰電價時停止運行只開啟循環泵，由蓄熱水箱中熱水提供熱量。削峰填谷，不僅可以避免高峰電力供應不足，峰谷差過大，自然資源浪費；還可以使用較低的電費價格，從而相應減少成本支出。另外，目前電力公司對于低壓電力增容最大限定為90KW，特別適合于建筑面積小于1000m2的建筑。南長街鍋爐房用電類別屬于非工業用電，采用峰、谷、平電價政策，現行分時段電價如下表。

表1 南長街鍋爐房用電峰谷平時段及電價表

低谷電（8小時） 平價電（8小時） 高峰電（8小時）

23：00～次日7：00 7：00～10：00；15：00～18：00；21：00～23：00 10：00～15：00；18：00～21：00

0.3748元/度 0.8745元/度 1.4002元/度

三、電鍋爐的優點

電鍋爐安全系數高、運行安全可靠，具有漏電保護、短路保護、過電流保護、壓力超限保護、缺水保護等多項保護功能，鍋爐實現自動保護；無燃煤、燃氣鍋爐的各種易燃易爆危險源；實現機電一體化，不需專職司爐工，節省費用，且可避免受人為因素影響而發生事故。

（一）安全性高。

水蓄熱電鍋爐在中小建筑物取暖中的保護功能有：

①短路保護：當電熱管出現短路，相應的漏電斷路器就會斷開，而其它的電熱管照常工作。

②超壓保護：電鍋爐上都會安裝一個安全閥，當系統壓力超過安全閥整定的壓力，可通過安全閥泄壓。

③漏電保護：當電熱管出現漏電，相應的漏電斷路器會迅速斷開，而其它的電熱管照常工作。

④電鍋爐的超溫保護：當電鍋爐溫度達到90℃，電鍋爐就會停止工作，防止干燒，并發出聲光報警。

⑤電鍋爐的低水位保護：當電鍋爐水位低于安全水位，則電鍋爐停止工作，并發出聲光報警。

⑥蓄熱水箱的低水位保護：當蓄熱水箱水位低于低水位超過30s，循環的加壓泵便停止工作，并發出聲光報警。

⑦蓄熱水箱的高水位保護：當蓄熱水箱水位高于高水位超過60s，就會發出聲光報警。

（二）操作方便。

電鍋爐實現全自動控制，啟停方便，僅需在鍋爐控制器上選好供水設備（主泵/副泵）單擊啟動即可，鍋爐啟動后進入全自動運行狀態。鍋爐水位降低至補水水位時，鍋爐自動補水至停泵水位。鍋爐加熱過程通過鍋爐控制器采集的壓力繼電器信號進行自動控制，壓力低于起爐壓力，自動起爐，壓力升高至停爐壓力，自動停爐，電鍋爐控制器會根據爐內壓力到停爐壓力、壓力超低的次數進行計算，選擇適合的加熱管數量。對于蒸汽需求量穩定的設備或工藝，此種控制方法可達到最少的電熱管投切次數，延長設備使用壽命。

（三）節能。

電鍋爐熱效率高，輸送方便，損失很小。電鍋爐運行熱效率在95%以上，比煤鍋爐、油鍋爐更能節約能源。鍋爐本體采用優質高效保溫材料做保溫，散熱損耗小。

（四）環保。

電鍋爐無污染，不會排出二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等有害氣體，無黑煙、灰塵，無廢物需要處理，無噪聲，從環境保護角度來看最為優越。特別是對于首都地區，根據北京市出臺的《鍋爐大氣污染物排放標準》（DB11/139-2015），二環路內平房院屬于高污染燃料禁燃區，2017年4月1日后在用鍋爐大氣污染物氮氧化物排放濃度限值規定小于80mg/m3。若不將原鍋爐進行燃氣低氮改造或改造為電鍋爐很難達到規定要求。

（五）投資較小。

電鍋爐結構緊湊，占用空間小，方便運輸且節省使用場地，不需煙囪、燃料渣堆放場所。產品成套組裝出廠，在現場只需接上電源、水管即可投入運行，可有效減少基建投資及安裝費用。

（六）遠程監控與控制。

通過上位機、數據采集器及網絡實時監測鍋爐系統各點位數據，且能實現遠程控制功能。借助專業軟件可達到移動端監控效果，通過網絡攝像頭可實時查看鍋爐房內部情況。無需專職人員看守，巡視即可，節省人工成本。

（七）自控運行模式。

①低谷電時段，2臺電鍋爐全負荷運行，依據二次網熱用戶回水溫度反饋信號，調節電動三通閥，一方面為熱用戶供熱，一方面為蓄熱水箱蓄熱。

②高峰電時段，2臺電鍋爐停止運行，蓄熱水箱作為熱源為熱用戶供熱，當蓄熱水箱水溫等于設定下限溫度時鍋爐啟動，此時蓄熱水箱不再進行蓄熱，電鍋爐供熱直接送給熱用戶采暖，當二次網熱用戶回水溫度等于設定值時停爐。當二次網熱用戶回水溫度低于設定值5℃時啟爐。

③平價電時段，電鍋爐同低谷電時段模式運行。

④任何時段，當蓄熱水箱達到設定上限溫度時，鍋爐停止運行，進入蓄熱水箱作為熱源供熱模式（同高峰電時段運行模式）。

四、實際運行節能情況

表2 南長街鍋爐房燃油與電鍋爐供暖運行成本對比

供暖季

成本項目 2014-2015供暖季 2015-2016供暖季

數量 成本金額 數量 成本金額

柴油 12480升 87360元 / /

電 2241度 1344元 124261度 75477元

人員 1人 13000元 / /

合計 101704元 75477元

對比（節省） 26227元

電鍋爐改造完成后，通過避峰就谷的運行方式，系統日均耗電1035度，成本629元，較原來柴油鍋爐運行時日均成本848元減少219元，取得了較好的節能降耗及控制成本效果；而且供暖效果良好，住戶反映普遍好于柴油鍋爐，室內溫度平穩舒適。

五、應用中應注意的問題

首先，系統開始運行時，需提前采用軟水設備給蓄熱系統注水，防止蓄熱系統因水溫過高而結垢，將鍋爐的電熱管燒爆；鍋爐進水管路要設置過濾器，及時清污，避免水循環不暢和堵塞。其次，蓄熱水箱一般設在室內，但要在外部加設一道防護層并進行防水處理，保證其不會被損壞，同時控制水箱散熱。水箱加工過程中，需要避免熱橋現象，減小水箱內部的熱量損失。針對直連系統，可以在系統回水的管路上面增加一個電磁閥，使系統的循環泵與其直接連鎖，避免蓄熱系統出現回水倒灌的現象。最后，蓄熱系統中補水設施一定要設在室內，以防管路系統發生凍壞。另外，電鍋爐中電源系統必須設置漏電保護開關且設備安全接地，用來確保電鍋爐在運行中的安全；電鍋爐控制柜要設置電流、電壓指示儀表，方便運行人員觀察和巡視。

六、定向推廣

由于南長街平房院代表了目前我單位轄區內城里平房院柴油供暖鍋爐房的普遍現狀，即面臨著夜間柴油運輸受阻、環保局對鍋爐征收排污費、氮氧化物等鍋爐廢氣排放標準限制嚴苛等諸多問題，使平房院供暖管理更加困難，急需對柴油鍋爐進行更新改造。南長街平房院燃油鍋爐改造為電鍋爐的成功案例，不但從根本上解決了燃料運送難題，也消除了柴油儲運過程中的安全隱患；在保證了供暖效果的同時消除了相應的環境影響，實現了零污染、零排放、零噪聲的環保供暖；在運行過程中降低了能源消耗，節約了成本支出；通過全自動運行及遠程控制監視系統，隨時觀察鍋爐運行狀態，必要時進行控制，簡化操作降低工作人員勞動強度，直接省去冬季專職司爐工一名，節約了人工成本。綜上，對于建筑面積小于1000m2的平房院，水蓄熱式電鍋爐供暖非常值得推廣應用。

結合上述電鍋爐供暖優點及取得的良好效果，我單位將根據實際情況逐步申請將現有城里平房院燃油鍋爐改造為水蓄熱式電鍋爐，在消除安全隱患、保障平穩運行的同時滿足日益嚴苛的環保要求并且實現節能降耗、控制成本的多重效果。

參考文獻：

[1]王昆.水蓄熱電鍋爐作為中小建筑物冬季取暖熱源的應用[J].河北理工大學學報（自然科學版），2010，（1）：30-33.

[2]李謙.電鍋爐在蓄熱熱水系統中的應用[J].中國建筑金屬結構，2005，（2）：35-36.

[3]辛琪.環保經濟的供暖方式——蓄熱電鍋爐供暖[J].城市管理與科技，2004，（6）：39-4.

[4]建設部.城市熱力網設計規范——行業標準.CJJ 34-2002.