水蓄热电锅炉供暖在平房院建筑中的应用

摘要：根据南长街平房院“油改电”锅炉改造实例，电锅炉供暖相对于传统柴油锅炉供暖的优势，未来推广可行性。

关键词：水蓄热电锅炉供暖系统；低谷蓄热；节能运行；推广

一、前言

我单位辖区内北京市西城区南长街26号平房院，供暖面积约700m2，供暖户数为6户，自1999年由燃煤集中供暖改为燃油锅炉供暖，锅炉燃料为轻质柴油。南长街26号院位置毗邻中南海、故宫、长安街，因南、北长街路段实施交通管制，柴油等危化品运输车辆24小时禁止通行，影响了南长街26号院正常的供暖送油，曾出现过断油停暖情况。

为了彻底解决南长街平房院供暖保障问题，经过慎重研究并咨询环保局意见，我单位最终确定将原有柴油锅炉改造为水蓄热式电锅炉。锅炉改造工程工期约30天，工程造价约40万元。

二、蓄热式电锅炉系统介绍

常压水蓄热电锅炉供暖系统是由电锅炉、蓄热水箱/罐（蓄热罐与大气联通保持常压状态）、循环水泵、水水板式换热器及控制系统组成的蓄热系统。

（一）电锅炉。

电锅炉也称电加热锅炉、电热锅炉，顾名思义，它是以电力为能源，利用电阻发热或电磁感应发热，通过锅炉的换热部位把热媒水或有机热载体（导热油）加热到一定参数（温度、压力）时，向外输出具有额定工质的一种热能机械设备。电锅炉热效率高达95%以上，自控程度高、安装维修方便、噪音小、环保，与蓄能技术结合又能节约成本。电锅炉按照使用类型主要分为电开水锅炉、电热水锅炉、电蒸汽锅炉。考虑本次改造实际情况，电热水锅炉最为适宜。北京城区平房院多为建国初建筑，外围护结构保温性能差，属于非节能建筑，采暖热指标按100W/m2考虑，南长街26号院采暖设计热负荷为70KW，选配两台热功率合计90KW的电锅炉可满足该院冬季单一采暖需求（满足室外采暖计算温度-9℃、室内采暖计算温度18℃、采暖期120天等供暖条件）。故选用韩奥品牌K7-C45型号恒温变频电锅炉两台（单台额定热功率45KW）。

（二）蓄热系统。

蓄热是指电力负荷在低值时（或在电力低谷期），使用电锅炉产热，发挥其蓄热介质的显热（潜热）本质，用特定方式将热量储存，等到电力负荷出现高值时（即在用电高峰期），将热量释放，以满足冬季建筑物供热需求。蓄热一般以水为介质，进行水蓄热，水蓄热造价低、环保，但占地较大，需要结合场地实际情况最大化建设蓄热水箱。该改造项目经测算，选用9m3不锈钢蓄热水箱，聚氨酯发泡保温。蓄热系统由板式换热器分隔为一次网和二次网系统：电锅炉—板换—蓄热水箱—一次网循环泵组成开式一次网系统，蓄热水箱敞口通大气，电锅炉为常压运行，不属于特种设备管理范畴，无须到质监部门注册登记；板换—热用户—蓄热水箱—二次网循环泵及膨胀定压高位水箱组成闭式二次网系统。南长街水蓄热电锅炉供暖系统图，如下图所示。

图1 南长街水蓄热电锅炉供暖系统图

（三）使用前提。

应用蓄热系统的前提是，所在地区有电力的低谷期和高峰期形成的电价差，可以使锅炉在低谷电价时全负荷运行，高峰电价时停止运行只开启循环泵，由蓄热水箱中热水提供热量。削峰填谷，不仅可以避免高峰电力供应不足，峰谷差过大，自然资源浪费；还可以使用较低的电费价格，从而相应减少成本支出。另外，目前电力公司对于低压电力增容最大限定为90KW，特别适合于建筑面积小于1000m2的建筑。南长街锅炉房用电类别属于非工业用电，采用峰、谷、平电价政策，现行分时段电价如下表。

表1 南长街锅炉房用电峰谷平时段及电价表

低谷电（8小时）平价电（8小时）高峰电（8小时）

23：00～次日7：007：00～10：00；15：00～18：00；21：00～23：0010：00～15：00；18：00～21：00

0.3748元/度0.8745元/度1.4002元/度

三、电锅炉的优点

电锅炉安全系数高、运行安全可靠，具有漏电保护、短路保护、过电流保护、压力超限保护、缺水保护等多项保护功能，锅炉实现自动保护；无燃煤、燃气锅炉的各种易燃易爆危险源；实现机电一体化，不需专职司炉工，节省费用，且可避免受人为因素影响而发生事故。

（一）安全性高。

水蓄热电锅炉在中小建筑物取暖中的保护功能有：

①短路保护：当电热管出现短路，相应的漏电断路器就会断开，而其它的电热管照常工作。

②超压保护：电锅炉上都会安装一个安全阀，当系统压力超过安全阀整定的压力，可通过安全阀泄压。

③漏电保护：当电热管出现漏电，相应的漏电断路器会迅速断开，而其它的电热管照常工作。

④电锅炉的超温保护：当电锅炉温度达到90℃，电锅炉就会停止工作，防止干烧，并发出声光报警。

⑤电锅炉的低水位保护：当电锅炉水位低于安全水位，则电锅炉停止工作，并发出声光报警。

⑥蓄热水箱的低水位保护：当蓄热水箱水位低于低水位超过30s，循环的加压泵便停止工作，并发出声光报警。

⑦蓄热水箱的高水位保护：当蓄热水箱水位高于高水位超过60s，就会发出声光报警。

（二）操作方便。

電锅炉实现全自动控制，启停方便，仅需在锅炉控制器上选好供水设备（主泵/副泵）单击启动即可，锅炉启动后进入全自动运行状态。锅炉水位降低至补水水位时，锅炉自动补水至停泵水位。锅炉加热过程通过锅炉控制器采集的压力继电器信号进行自动控制，压力低于起炉压力，自动起炉，压力升高至停炉压力，自动停炉，电锅炉控制器会根据炉内压力到停炉压力、压力超低的次数进行计算，选择适合的加热管数量。对于蒸汽需求量稳定的设备或工艺，此种控制方法可达到最少的电热管投切次数，延长设备使用寿命。

（三）节能。

电锅炉热效率高，输送方便，损失很小。电锅炉运行热效率在95%以上，比煤锅炉、油锅炉更能节约能源。锅炉本体采用优质高效保温材料做保温，散热损耗小。

（四）环保。

电锅炉无污染，不会排出二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等有害气体，无黑烟、灰尘，无废物需要处理，无噪声，从环境保护角度来看最为优越。特别是对于首都地区，根据北京市出台的《锅炉大气污染物排放标准》（DB11/139-2015），二环路内平房院属于高污染燃料禁燃区，2017年4月1日后在用锅炉大气污染物氮氧化物排放浓度限值规定小于80mg/m3。若不将原锅炉进行燃气低氮改造或改造为电锅炉很难达到规定要求。

（五）投资较小。

电锅炉结构紧凑，占用空间小，方便运输且节省使用场地，不需烟囱、燃料渣堆放场所。产品成套组装出厂，在现场只需接上电源、水管即可投入运行，可有效减少基建投资及安装费用。

（六）远程监控与控制。

通过上位机、数据采集器及网络实时监测锅炉系统各点位数据，且能实现远程控制功能。借助专业软件可达到移动端监控效果，通过网络摄像头可实时查看锅炉房内部情况。无需专职人员看守，巡视即可，节省人工成本。

（七）自控运行模式。

①低谷电时段，2台电锅炉全负荷运行，依据二次网热用户回水温度反馈信号，调节电动三通阀，一方面为热用户供热，一方面为蓄热水箱蓄热。

②高峰电时段，2台电锅炉停止运行，蓄热水箱作为热源为热用户供热，当蓄热水箱水温等于设定下限温度时锅炉启动，此时蓄热水箱不再进行蓄热，电锅炉供热直接送给热用户采暖，当二次网热用户回水温度等于设定值时停炉。当二次网热用户回水温度低于设定值5℃时启炉。

③平价电时段，电锅炉同低谷电时段模式运行。

④任何时段，当蓄热水箱达到设定上限温度时，锅炉停止运行，进入蓄热水箱作为热源供热模式（同高峰电时段运行模式）。

四、实际运行节能情况

表2 南长街锅炉房燃油与电锅炉供暖运行成本对比

供暖季

成本项目2014-2015供暖季2015-2016供暖季

数量成本金额数量成本金额

柴油12480升87360元//

电2241度1344元124261度75477元

人员1人13000元//

合计101704元75477元

对比（节省）26227元

电锅炉改造完成后，通过避峰就谷的运行方式，系统日均耗电1035度，成本629元，较原来柴油锅炉运行时日均成本848元减少219元，取得了较好的节能降耗及控制成本效果；而且供暖效果良好，住户反映普遍好于柴油锅炉，室内温度平稳舒适。

五、应用中应注意的问题

首先，系统开始运行时，需提前采用软水设备给蓄热系统注水，防止蓄热系统因水温过高而结垢，将锅炉的电热管烧爆；锅炉进水管路要设置过滤器，及时清污，避免水循环不畅和堵塞。其次，蓄热水箱一般设在室内，但要在外部加设一道防护层并进行防水处理，保证其不会被损坏，同时控制水箱散热。水箱加工过程中，需要避免热桥现象，减小水箱内部的热量损失。针对直连系统，可以在系统回水的管路上面增加一个电磁阀，使系统的循环泵与其直接连锁，避免蓄热系统出现回水倒灌的现象。最后，蓄热系统中补水设施一定要设在室内，以防管路系统发生冻坏。另外，电锅炉中电源系统必须设置漏电保护开关且设备安全接地，用来确保电锅炉在运行中的安全；电锅炉控制柜要设置电流、电压指示仪表，方便运行人员观察和巡视。

六、定向推广

由于南长街平房院代表了目前我单位辖区内城里平房院柴油供暖锅炉房的普遍现状，即面临着夜间柴油运输受阻、环保局对锅炉征收排污费、氮氧化物等锅炉废气排放标准限制严苛等诸多问题，使平房院供暖管理更加困难，急需对柴油锅炉进行更新改造。南长街平房院燃油锅炉改造为电锅炉的成功案例，不但从根本上解决了燃料运送难题，也消除了柴油储运过程中的安全隐患；在保证了供暖效果的同时消除了相应的环境影响，实现了零污染、零排放、零噪声的环保供暖；在运行过程中降低了能源消耗，节约了成本支出；通过全自动运行及远程控制监视系统，随时观察锅炉运行状态，必要时进行控制，简化操作降低工作人员劳动强度，直接省去冬季专职司炉工一名，节约了人工成本。综上，对于建筑面积小于1000m2的平房院，水蓄热式电锅炉供暖非常值得推广应用。

结合上述电锅炉供暖优点及取得的良好效果，我单位将根据实际情况逐步申请将现有城里平房院燃油锅炉改造为水蓄热式电锅炉，在消除安全隐患、保障平稳运行的同时满足日益严苛的环保要求并且实现节能降耗、控制成本的多重效果。

参考文献：

[1]王昆.水蓄熱电锅炉作为中小建筑物冬季取暖热源的应用[J].河北理工大学学报（自然科学版），2010，（1）：30-33.

[2]李谦.电锅炉在蓄热热水系统中的应用[J].中国建筑金属结构，2005，（2）：35-36.

[3]辛琪.环保经济的供暖方式——蓄热电锅炉供暖[J].城市管理与科技，2004，（6）：39-4.

[4]建设部.城市热力网设计规范——行业标准.CJJ 34-2002.

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