（青海黃河礦業(yè)有限責(zé)任公司，青海 西寧 810008）

1 引言

根據(jù)某企業(yè)將其礦山打造成為“綠色礦山”的總體要求。擬在采選項(xiàng)目供暖方式中選擇清潔供暖技術(shù)。受礦山采選項(xiàng)目現(xiàn)場條件限制，考慮本項(xiàng)目程執(zhí)行當(dāng)?shù)卮蠊I(yè)電價，峰谷電價差明顯，可建設(shè)蓄熱式電鍋爐供暖方式，以達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效益。蓄熱式電鍋爐供暖的方式有多種，且相對結(jié)構(gòu)簡單，可滿足大規(guī)模供熱需求的方式通常有兩種，即電鍋爐+蓄熱水、固體蓄熱式電鍋爐。

1.1 電鍋爐供暖

電鍋爐供暖主要由電鍋爐、蓄熱裝置、末端供暖系統(tǒng)組成。電鍋爐是將電能轉(zhuǎn)換為熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置。目前，電鍋爐供暖多采用電阻式加熱技術(shù)，電阻式加熱技術(shù)又分為電阻式電鍋爐和電極式電鍋爐。

（1）電阻式電鍋爐。電阻式電鍋爐是采用高阻抗電熱元件，接通電源后，電熱元件產(chǎn)生高熱使水成為熱水或蒸汽。

（2）電極式電鍋爐。電極式電鍋爐的工作原理是把電極插入水中，利用水的高熱阻特性，直接將電能轉(zhuǎn)換為熱能。

（3）兩種鍋爐對比。電阻式和電極式兩種鍋爐相比較，電阻式電鍋爐技術(shù)成熟，投資低，運(yùn)行成本低，但是鍋爐容量受到電熱元件結(jié)構(gòu)布置的限制，容壓范圍小，單體鍋爐功率小。電極式電鍋爐技術(shù)先進(jìn)，啟動迅速，短時間內(nèi)既能提供符合要求的蒸汽或熱水；穩(wěn)定可靠運(yùn)行，且負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬，大功率時，優(yōu)勢明顯。但其需要在水中加入一定電解質(zhì)提高水的導(dǎo)電率，以保證加熱(此鍋爐內(nèi)必須加入一定的電解質(zhì)，使?fàn)t水具有一定的電阻，才能使其導(dǎo)電，但爐水的導(dǎo)電率不是越高越好，否則容易造成擊穿等事故),同時鍋爐內(nèi)水需要與供暖用水分離，利用二次換熱供暖；另外其屬于高壓設(shè)備，投資、操作、運(yùn)行及維護(hù)成本均較高。

表1 采暖用熱負(fù)荷表

本項(xiàng)目供熱負(fù)荷為13.2MW，供熱負(fù)荷較大，可采用電極式電鍋爐配套蓄熱水箱，在低谷電時段采用鍋爐直供，在峰時電價時利用蓄熱水箱中的熱水供暖。

1.2 固體蓄熱式電鍋爐供暖

固體蓄熱式電鍋爐是在國家鼓勵低谷時段用電，并享受優(yōu)惠電價的政策下，推出的一種新型高效、節(jié)能的電加熱產(chǎn)品，在電鍋爐供暖系統(tǒng)的基礎(chǔ)上填加相應(yīng)的蓄熱裝置，從而構(gòu)成蓄熱式電鍋爐系統(tǒng)。固體蓄熱式電鍋爐供暖系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行成本較低，比熱容大，占地面積小，結(jié)構(gòu)簡單等。其缺點(diǎn)是固體蓄熱材料價格較貴，初始投資大。

2 采暖熱負(fù)荷

根據(jù)項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)，采選項(xiàng)目設(shè)計(jì)采暖周期為10月1日至次年的4月30日，總計(jì)197天。供暖總負(fù)荷為13.2MW，其中采場供暖負(fù)荷為2.4MW，選礦廠供暖負(fù)荷為8.3MW，生活區(qū)供暖負(fù)荷為2.5MW。洗浴熱水負(fù)荷為2.665MW。

表2 采暖用熱負(fù)荷表

表3 洗浴用熱負(fù)荷表

3 設(shè)備選型計(jì)算[1]

根據(jù)項(xiàng)目供暖用熱負(fù)荷及洗浴用熱負(fù)荷表，計(jì)算出電極式電鍋爐+蓄熱水箱的供暖和固體蓄熱式電鍋爐兩種方式設(shè)備選型。由于本項(xiàng)目屬當(dāng)?shù)卮蠊I(yè)用電，電價執(zhí)行梯級電價，具體價格如下：每天用電時間分為高峰、低谷、平段三個時段，每個時段各為8小時。即高峰：9:00-12:00、18:00-23:00；0.5590元/度；低谷：0:00-8:00；0.1376元/度；平段：其余時間段，0.3483元/度。

3.1 電鍋爐+水儲熱選型計(jì)算

本方案采用全量蓄熱模式。取白天峰段和部分平段的所有負(fù)荷量為總量40%計(jì)算鍋爐型號和蓄熱水箱（注：理論計(jì)算儲熱部分負(fù)荷為總量的33.33%，考慮到熱損及供暖安全，調(diào)整系數(shù)至40%）。

項(xiàng)目日均需采暖電量為13200×24=316800kWh。

洗浴用水電量為2665×3=7995kWh

則蓄熱電量為316800×40%+7995=134715kWh。

3.1.1 鍋爐選型原則

主要計(jì)算公式：

鍋爐功率（kW）=夜間直供功率（kW）+蓄熱功率（kW）

夜間直供功率（kW）≥夜間熱負(fù)荷（kW）

蓄熱功率（kW）=總蓄熱量（kWh）/夜間谷段蓄熱時長（h，一般為8小時）

鍋爐總功率（kw）=鍋爐功率（kw）/鍋爐效率＊系統(tǒng)熱損失系數(shù)

3.1.2 蓄熱水箱選型

計(jì)算公式：蓄熱水箱有效容積為：V有效=η損×Q×0.86÷ΔT2

其中V—蓄熱水箱有效容積m3；Q—白天峰段和平段總熱負(fù)荷量kWh；η損——系統(tǒng)熱損失系數(shù)，一般取1.05-1.1；蓄熱水箱總?cè)莘e為：V總=V有效總÷η2，η2為有效容積系數(shù)，一般取0.9。

表4 蓄熱水箱容積計(jì)算表

根據(jù)計(jì)算，滿足采選項(xiàng)目8小時供暖及供洗浴熱水需要蓄熱水箱總?cè)莘e4046m3。

3.1.3 設(shè)備選型計(jì)算[1]

電鍋爐：蓄熱功率=126720÷16=8420kW;

夜間直供所需熱負(fù)荷，8420+13200=21620kW。電鍋爐功率為21620÷0.98=22061kW。故選取1臺22MW的電鍋爐可滿足本項(xiàng)目的需要，但由于本項(xiàng)目供熱負(fù)荷較大，為保障供暖安全，建議選擇兩臺22MW電鍋爐，一用一備保障正常供暖。

3.2 電蓄熱鍋爐選型計(jì)算

根據(jù)本項(xiàng)目現(xiàn)有的輸入條件，日取暖熱負(fù)荷為：

Qr=q×S×T2×η2/η1/1000

其中：Qr-日取暖熱負(fù)荷（kWh）；q—采暖熱指標(biāo)（W/m2）；S—采暖面積（m2）T2—取暖時長（h）；η1—設(shè)備熱效率；η2—管路損失系數(shù)。

本項(xiàng)目日取暖負(fù)荷為：

Qr=13200×24×1.05/0.95=350148kWh

洗浴負(fù)荷為：Qr=2665×3×1.05/0.95=8837kWh

設(shè)備總電功率計(jì)算如下：P總=Qr/T

其中：P總—設(shè)備總電功率（kW）；Qr—日取暖熱負(fù)荷（kWh）；T—谷電時長（h）。

本項(xiàng)目設(shè)備總電功率為：

P總=（350148+8837）/16=22437kW

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，本采暖項(xiàng)目所需固體蓄熱式電鍋爐用電負(fù)荷為22.5MW即可滿足項(xiàng)目需求，結(jié)合目前固體蓄熱式電鍋爐型號，建議選用1臺11.5MW,3臺3.5MW的蓄熱式電鍋爐，便于根據(jù)天氣變化靈活控制，同時兼顧供應(yīng)洗浴熱水。

4 項(xiàng)目實(shí)際供暖負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)當(dāng)?shù)?981-2015年室外溫度選擇平均溫度最低的元月份平均溫度為例，全月日平均溫度最低-12.3℃，最高溫度-2.7℃，對應(yīng)項(xiàng)目供暖熱負(fù)荷分別為11.17MW、7.53MW，月均供暖負(fù)荷為9.49MW。

根據(jù)當(dāng)?shù)?981-2015年室外溫度選擇元月份日最低溫度為例計(jì)算，全月日最低溫度-18.6℃，最高溫度-8.6℃，對應(yīng)項(xiàng)目供暖熱負(fù)荷分別為13.55MW、9.76MW。

而計(jì)算元月份分時平均溫度熱負(fù)荷，得知平均最低溫度時刻為上午9點(diǎn)，溫度-13.2℃，相應(yīng)供熱負(fù)荷為11.77MW；最高溫度時刻為下午16時、17時，平均溫度為-1.2℃，相應(yīng)供熱負(fù)荷為6.96MW。

綜上可知，根據(jù)設(shè)備選型計(jì)算結(jié)果，選擇22MW和23MW的電鍋爐水蓄熱和固體蓄熱式電鍋爐兩種供暖方式均可滿足項(xiàng)目供熱需求，特別是極低溫度下仍可以通過調(diào)節(jié)蓄熱時段來滿足供熱，但大多數(shù)時間內(nèi)實(shí)際供熱負(fù)荷保持在10MW左右，因此在實(shí)際運(yùn)行中可以考慮通過調(diào)節(jié)蓄熱時段，來降低用電量及供暖成本。

5 結(jié)論

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出，水蓄熱式電鍋爐供暖與固體蓄熱式電鍋爐供暖兩種供暖方式供電負(fù)荷分別為22MW和22.5MW，兩者相差較小且均能滿足項(xiàng)目供熱需求，但電鍋爐需要建設(shè)兩臺設(shè)備保障供暖安全，而且電極式熱鍋爐對加熱水質(zhì)要求較高，需要根據(jù)水質(zhì)特性添加電解質(zhì)且電解質(zhì)濃度不易控制，操作運(yùn)行難度大，檢修維護(hù)均需要專業(yè)人員；固體蓄熱式電鍋爐結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行操作便捷，維護(hù)方便無需專業(yè)人員，因此建議選擇固體蓄熱式電鍋爐作為采選項(xiàng)目供暖方式。