張從軍 謝廣峰 金佳洋

（1.河鋼集團(tuán)礦山設(shè)計(jì)有限公司；2.河鋼集團(tuán)司家營(yíng)北區(qū)分公司）

河鋼集團(tuán)淶源有色金屬公司選礦廠(chǎng)原有2 臺(tái)2 t燃煤鍋爐，用于辦公樓和選廠(chǎng)車(chē)間采暖使用。2017年國(guó)家四部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于擴(kuò)大中央財(cái)政支持北方地區(qū)冬季清潔取暖城市試點(diǎn)的通知》中，明確提出3 a示范期結(jié)束后試點(diǎn)城市城區(qū)清潔取暖率要達(dá)到100%。該公司所在的保定市屬于清潔取暖試點(diǎn)城市，故根據(jù)國(guó)家要求，必須取消原有燃煤鍋爐采暖設(shè)備。通過(guò)一系列技術(shù)論證后，認(rèn)為電磁感應(yīng)鍋爐的投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，且符合3 a 內(nèi)每年政府補(bǔ)貼5億元政策補(bǔ)貼范圍，因此研究采用儲(chǔ)熱式電磁感采暖系統(tǒng)解決冬季采暖問(wèn)題，同時(shí)降低運(yùn)行成本。

1 儲(chǔ)熱式電磁感應(yīng)采暖系統(tǒng)施工設(shè)計(jì)

1.1 儲(chǔ)熱水箱的保溫層設(shè)計(jì)

為了降低儲(chǔ)熱能流失，在儲(chǔ)熱水箱加裝保溫層，保溫計(jì)算應(yīng)根據(jù)工藝要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析選擇保溫計(jì)算公式，確定計(jì)算參數(shù)。在容易導(dǎo)致人身燙傷的位置，采用表面溫度法計(jì)算保溫層厚度，且保溫層外表面的溫度不能超過(guò)60 ℃［1］。該項(xiàng)目中，保溫材料吸濕率不超過(guò)5%，保溫材料憎水率不低于98%，熱永久線(xiàn)變化應(yīng)不超過(guò)4%。

1.2 循環(huán)水泵和軟化水設(shè)備設(shè)計(jì)

采暖系統(tǒng)通過(guò)循環(huán)水泵向用戶(hù)輸送熱水，為了降低運(yùn)行費(fèi)用，水泵控制采取變頻技術(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行采取1 開(kāi)1 備模式。為了避免水質(zhì)硬化對(duì)采暖系統(tǒng)帶來(lái)的影響，采暖系統(tǒng)增加了軟化水設(shè)備。軟化水設(shè)備通常采用鈉離子交換樹(shù)脂將原水中的鈣、鎂離子置換出去，經(jīng)過(guò)設(shè)備處理得到硬度極低的軟化水。

1.3 采配電與防火設(shè)計(jì)

根據(jù)該公司現(xiàn)有采電現(xiàn)狀，在辦公樓院內(nèi)設(shè)置10 kV 油浸式變壓器室1 座，配電方式均采用放射式配電。電源取自公司廠(chǎng)房高壓采電回路，一路進(jìn)線(xiàn)，全長(zhǎng)500 m。敷設(shè)方式采用直埋及架空敷設(shè)相結(jié)合。變壓器室耐火等級(jí)不低于一級(jí)，電磁采暖設(shè)備間耐火等級(jí)不低于二級(jí)，均按《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》配置滅火器。

2 系統(tǒng)組成

儲(chǔ)熱式電磁感應(yīng)采暖系統(tǒng)硬件主要由電磁感應(yīng)采暖爐、儲(chǔ)熱水箱、循環(huán)水泵、控制柜等主要設(shè)備組成。

2.1 系統(tǒng)工作原理

儲(chǔ)熱式電磁感應(yīng)采暖系統(tǒng)是利用電能轉(zhuǎn)換為熱能，在控制器內(nèi)由整流電路將50 Hz 的交流電變成直流電，再經(jīng)過(guò)控制電路將直流電轉(zhuǎn)換成頻率為10～20 kHz 的高頻交流電，高頻交流電經(jīng)過(guò)纏繞在加熱體外的高頻導(dǎo)線(xiàn)，高速變化的磁場(chǎng)內(nèi)部產(chǎn)生的磁力線(xiàn)切割加熱體時(shí)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的小渦流將水磁化，使水迅速加熱，達(dá)到快速加熱水的效果［2-3］。以電為熱媒，水為熱介質(zhì)，利用循環(huán)泵強(qiáng)制液相循環(huán)，將熱能輸送給用熱設(shè)施后，繼而返回重新加熱，如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)熱能的連續(xù)傳遞，實(shí)現(xiàn)采熱的目的。采暖系統(tǒng)工作原理見(jiàn)圖1。

2.2 控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)由PLC 可編程控制器、觸摸屏、變頻器和上位機(jī)組成。PLC 可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制程序的運(yùn)行和執(zhí)行，觸摸屏實(shí)現(xiàn)顯示系統(tǒng)狀態(tài)和修改系統(tǒng)參數(shù)，變頻器控制采水溫度，上位機(jī)監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行、儲(chǔ)存系統(tǒng)信息。根據(jù)工藝特點(diǎn)，該系統(tǒng)采用智能化運(yùn)行控制方式，供暖設(shè)備帶多路溫度控制，在全天24 h 供暖期間，自動(dòng)控溫間歇性工作，白天供電峰值時(shí)，系統(tǒng)停止鍋爐工作，啟用水箱熱水供暖。因樓房供暖回水壓力較大，需要加裝板式換熱器代替回水啟閉閥密閉管路運(yùn)行供暖；板式換熱器密閉運(yùn)行可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中，變頻器調(diào)節(jié)采水溫度是保證采熱質(zhì)量的關(guān)鍵。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行，選用西門(mén)子PLC 作為控制系統(tǒng)平臺(tái)。系統(tǒng)通過(guò)使用本地物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)APP 對(duì)鍋爐的遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)、預(yù)警，減少了人力、物力和檢修成本（圖2）。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益估算

整個(gè)采暖期全天24 h 采暖，鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)定為0.8；使用平、谷供電法晚間運(yùn)行，白天采用儲(chǔ)能法供熱［4-5］。淶源地區(qū)谷電電費(fèi)0.42 元/kWh（晚23 點(diǎn)至次日凌晨6 點(diǎn)），平電電費(fèi)0.68 元/kWh（晚6 點(diǎn)至8 點(diǎn)），平均電費(fèi)0.46 元/kWh。采暖季從11 月15 日至3 月15 日，采暖實(shí)際天數(shù)暫定為120 d。從11 月15 日到12月15日、2月15日到3月15日，這兩個(gè)月天氣不是太冷可降功率運(yùn)行，蓄熱時(shí)間8 h，計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用為17 萬(wàn)元。從12月15日到2月15日，這兩個(gè)月天氣較冷需滿(mǎn)功率運(yùn)行，蓄熱時(shí)間延長(zhǎng)至10 h，停機(jī)率為80%，運(yùn)行費(fèi)用為23 萬(wàn)元。整個(gè)采暖期系統(tǒng)運(yùn)行總費(fèi)用約40 萬(wàn)元。

該采暖系統(tǒng)實(shí)施后采用無(wú)人值守遠(yuǎn)程操控運(yùn)行，運(yùn)行費(fèi)用40 萬(wàn)元/a，減少鍋爐工9 人。改造前兩臺(tái)2 t燃煤鍋爐燃料成本費(fèi)用100 萬(wàn)元/a，以及廢物排放產(chǎn)生的費(fèi)用50 萬(wàn)/a，原鍋爐工以每班3 人3 班倒工作制，共9 人，按個(gè)人成本8 萬(wàn)元/a計(jì)算，費(fèi)用72 元/a。綜上所述，每年可節(jié)約212 萬(wàn)元。項(xiàng)目實(shí)施3 a來(lái)，累計(jì)節(jié)約636 萬(wàn)元。

該項(xiàng)目的取暖總面積5 066 m2，按原用燃煤采暖污染物排量計(jì)算，1 個(gè)采暖季可減少排放二氧化硫達(dá)760 kg、氮氧化物360 kg、煙塵202 kg，環(huán)境效益顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

河鋼集團(tuán)淶源有色金屬公司選礦廠(chǎng)家屬樓應(yīng)用新型儲(chǔ)熱式電磁感應(yīng)采暖系統(tǒng)供暖后，達(dá)到了無(wú)噪音、無(wú)異味、無(wú)揚(yáng)塵、無(wú)化學(xué)反應(yīng)、不產(chǎn)生污物的效果，實(shí)現(xiàn)了智能遠(yuǎn)程控制，減少了人員投入及對(duì)大氣環(huán)境的污染，節(jié)約了煤炭資源，年可節(jié)約212 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益顯著。