濱州貴苑大酒店燃煤鍋爐電能替代案例分析

高 磊，王志梁，神瑞寶，鞠文杰，高建宏，張令波

（1.國網(wǎng)濟(jì)南市歷城區(qū)供電公司，濟(jì)南 250100；2.國網(wǎng)山東綜合能源服務(wù)有限公司，濟(jì)南250012；3.國網(wǎng)煙臺供電公司,山東 煙臺 264001；4.國網(wǎng)聊城供電公司，山東 聊城 252001）

1 改造背景

山東省濱州市貴苑大酒店分成A座和B座2部分，總建筑面積25 000 m2，其中A座建筑面積12 000 m2；B座建筑面積10 000 m2，員工宿舍3 000 m2。貴苑大酒店原配套2臺燃煤蒸汽鍋爐，額定供熱量分別為4 t/h和6 t/h。除A座洗衣房由獨(dú)立的蒸汽管路直接輸送蒸汽外，其它各支路用熱都是通過浮動盤式汽水換熱器，由蒸汽-熱水換熱來提供采暖或生活熱水。酒店A座和B座建筑末端供暖空調(diào)采用風(fēng)機(jī)盤管，員工宿舍及附屬用房采用散熱器提供冬季供暖。改造前系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 改造前酒店供暖系統(tǒng)示意圖

2 改造技術(shù)路線

酒店全部蒸汽及熱水、A座冬季供暖采用電蒸汽鍋爐系統(tǒng)。采用電蒸汽鍋爐為酒店A座客房供暖，為A座洗衣房、B座客房、員工洗浴房提供全年蒸汽和生活熱水。原有蒸汽和熱水管網(wǎng)保留，生活熱水及供暖通過汽水換熱實現(xiàn)。

B座、宿舍及辦公樓冬季供暖采用谷電蓄熱系統(tǒng)。采用電熱水鍋爐作為熱源，相變熱庫作為谷電蓄熱裝置，給酒店B座、宿舍樓及辦公樓提供冬季供暖。

相變谷電蓄熱系統(tǒng)的運(yùn)行過程為：用電低谷時段（夜間23:00至次日7:00），電鍋爐利用價格較低的谷段電力加熱循環(huán)水，并將熱量儲存在由相變材料制作的熱庫中。用電高峰及平時段，電鍋爐不工作，僅啟動循環(huán)水泵將熱庫儲存的熱量釋放出來，用于建筑物供暖，其原理示意圖如圖2所示。

圖2 電鍋爐谷電相變蓄熱系統(tǒng)原理示意圖

3 熱負(fù)荷分析

3.1 供暖熱負(fù)荷分析

酒店年用煤量為1 545 t，其中供暖季日均用煤量為7.47 t，非供暖季日均用煤量為2.63 t，由此可以計算出供暖季用于供暖的日均耗煤量為二者之差4.83 t。取燃煤低位熱值為21 MJ/kg，由于燃煤鍋爐使用時間已經(jīng)超過10年，其制熱效率按65%計。則采暖日均耗熱量

Q=4.83 t×1 000×21 MJ/kg×0.65/3.6=18 326 kWh

按25 000 m2建筑面積24 h供暖計算，可以得出采暖平均熱負(fù)荷為

P平均=18326kWh×1000/24h/25000m2=30.54W/m2

供暖期間室內(nèi)維持溫度為20℃。供暖季濱州地區(qū)室外白天（8:00～20:00）平均氣溫為3.8℃；夜晚（20:00～8:00）平均氣溫為0.6℃。則可以計算出日、夜間供暖負(fù)荷分別為

P白天=30.54 W/m2×2（20℃-3.8℃）/［（20℃-3.8℃）+（20℃-0.6℃）］=27.8 W/m2

P夜晚=30.54 W/m2×2（20℃-0.6℃）/［（20℃-3.8℃）+（20℃-0.6℃）］=33.3 W/m2

3.2 生活熱水與蒸汽用量熱負(fù)荷分析

（1）生活熱水峰值負(fù)荷分析

生活熱水需求分4個部分，分別是員工洗浴房、酒店客房、餐廳和洗衣房。圖3為生活熱水全天每小時制熱峰值功率模擬結(jié)果，可以看出生活熱水小時峰值負(fù)荷為733 kW。

（2）洗衣房蒸汽熱負(fù)荷分析

圖3 酒店生活熱水熱負(fù)荷模擬結(jié)果

圖4 酒店生活熱水和蒸汽小時峰值負(fù)荷模擬結(jié)果

根據(jù)酒店蒸汽使用情況，洗衣房最繁忙時所有設(shè)備均處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，每小時消耗蒸汽量為535 kg（150℃、0.5 MPa），制熱功率為408 kW。洗衣房工作時間為8:00～17:00，總計9 h。

（3）生活熱水+蒸汽峰值負(fù)荷分析

將蒸汽和生活熱水峰值制熱量合并，得出生活熱水+蒸汽全天每小時制熱峰值負(fù)荷模擬結(jié)果見圖4，可以看出，由于負(fù)荷的時間分布特性，峰值負(fù)荷依然為733 kW。因此將生活熱水與蒸汽合并為同一套系統(tǒng)，可以使系統(tǒng)簡化，避免重復(fù)投資。

綜上，酒店全部生活熱水和洗衣房蒸汽共用一套電蒸汽鍋爐系統(tǒng)，生活熱水和洗衣房最大功率為733 kW。

4 供暖設(shè)備選型

4.1 蓄能設(shè)備選型

建筑物共計25 000 m2，綜合考慮原有系統(tǒng)特點(diǎn)和施工難度，A座12 000 m2由新上電蒸汽鍋爐供暖，B座及員工宿舍共13 000 m2由新上谷電蓄熱系統(tǒng)供暖。谷電蓄熱系統(tǒng)由電熱水鍋爐和相變熱庫等組成。

夜間熱水鍋爐直供需要熱量為

Q直供=33.3W/m2×8h×13000m2/1000=3460kWh

需為白天蓄熱量為

Q蓄熱=（27.8W/m2×12h+33.3W/m2×4h）×13000m2/1 000/0.98=6 193 kWh

計算中計及了相變熱庫每天2%的熱損。每臺標(biāo)準(zhǔn)熱庫的儲熱量為181 kWh，共需配置熱庫35臺。

4.2 電熱水鍋爐功率選型

在谷電（23:00～7:00）時間段，利用電熱水鍋爐給熱庫充熱。電鍋爐提供的熱量既要滿足谷電時間段的采暖需求，又要滿足將所有熱庫全部充滿，則鍋爐需要提供的熱量為

按照谷電8 h，以及鍋爐效率98%計算，則電鍋爐功率為

需要配置2臺1.5 t/h（1 080 kW）的電熱水鍋爐（設(shè)計余量75%）。

4.3 極端天氣條件下谷電蓄熱系統(tǒng)的供暖模式

按濱州地區(qū)夜間-20℃，白天-10℃極端天氣計算。夜間供暖負(fù)荷

8 h谷電直供所需熱量為68.6 W/m2×13 000 m2×8 h/1 000/0.98=7 280 kWh

8 h鍋爐產(chǎn)生熱量為2 160 kW×8 h×0.98=16 934 kWh

可為熱庫蓄熱量為（16 934-7 280）kWh=9 654 kWh＞7 280 kWh

熱庫所蓄熱量可在非谷電期間供暖時間為

7 280 kWh×1 000×0.98/51.5 W/m2/13 000 m2=10.65 h

其余時間可采用電鍋爐直供方式供暖。

4.4 電蒸汽鍋爐功率選型

電蒸汽鍋爐功率按極端天氣（夜間-20℃）下仍能滿足A座12 000 m2可靠供暖考慮，具體選型如下

與前述生活熱水和洗衣房蒸汽功率需求733 kW相加，即得電蒸汽鍋爐最大功率為1 575 kW。故配2臺電1.5 t/h電蒸汽鍋爐，總功率2 160 kW。完全滿足極寒天氣正常供暖及生活熱水、蒸汽的保障。

酒店改造后供暖、生活熱水和蒸汽系統(tǒng)示意圖如圖5所示。

圖5 改造后酒店供暖系統(tǒng)示意圖

5 系統(tǒng)改造實施

為不影響酒店的正常使用，同時改造后系統(tǒng)均應(yīng)考慮設(shè)備維修及更換時系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在改造時，首先考慮盡可能的使用原有設(shè)備及管道系統(tǒng)，且同時考慮了蒸汽和供暖系統(tǒng)的備用需求。采用2臺1.5 t/h電蒸汽鍋爐，給A座酒店客房、A座洗衣房、B座酒店客房、員工洗浴房提供全年蒸汽和生活熱水及A座酒店供暖。原有室外蒸汽和熱水管網(wǎng)保留。采用谷電熱庫系統(tǒng)替代燃煤鍋爐供熱系統(tǒng)，給B座酒店客房以及員工宿舍樓、辦公樓等3個區(qū)域提供冬季供暖熱水。

項目分5部分實施，第一部分首先拆除4 t燃煤鍋爐，騰出放置電蒸汽鍋爐空間，6 t/h燃煤鍋爐繼續(xù)正常運(yùn)行。第二部分改造和完善騰出空間的混凝土基礎(chǔ)，待基礎(chǔ)強(qiáng)度達(dá)到70%后，安裝2臺電蒸汽鍋爐。安裝主要內(nèi)容包含完成接線、控制柜、給水泵，以及鍋爐、給水泵、原有分汽缸之間管路和保溫，以及相關(guān)切換閥門的安裝。并對電蒸汽鍋爐進(jìn)行調(diào)試檢測，確保電蒸汽鍋爐正常工作。第三部分將2臺電蒸汽鍋爐輸出蒸汽管道連接至鍋爐房一樓分汽缸的4 t蒸汽管道。關(guān)閉6 t/h燃煤鍋爐，開啟電蒸汽鍋爐，完成蒸汽、生活熱水、A樓供暖煤改電的切換。第四部分系統(tǒng)調(diào)試，若需要進(jìn)行電鍋爐調(diào)試，調(diào)試期間，可以重啟6 t/h燃煤鍋爐保障生活熱水和蒸汽供應(yīng)。調(diào)試完成，電直供蒸汽和生活熱水系統(tǒng)正常運(yùn)行后，即可拆除6 t/h燃煤鍋爐。第五部分拆除6 t/h燃煤鍋爐、除塵設(shè)備，按施工圖改造和完善熱庫、水泵、板換。

6 項目實施效果

圖6是改造后現(xiàn)場實景圖。項目建成后，全年運(yùn)行耗電量約為515萬kWh，節(jié)省運(yùn)行電費(fèi)約140萬元，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量1 545 tce，減少CO2排放量3 000 t，減少SO2排放量13.2 t，減少氮氧化物排放量11.5 t，減少粉塵排放量7 t。D

圖6 改造后現(xiàn)場實景圖