蓄热式电锅炉供暖工程设计

宋鹏飞

摘要：锅炉是指通过燃烧燃料放热对容器中的水加热，保证水温或者压力蒸汽达到特定值的热力设备。电锅炉就是利用电力代替燃料燃烧，蓄热式电锅炉是在电网低谷期即夜间开启，电锅炉对外供热的同时将部分热量储存在储热材料内，在电网高峰期将电锅炉加热组件关闭，通过存储在储热材料中的热量来供热，简单来说就是夜间蓄热白天供热，设备利用率得以提升，而且投资成本降低，具有节能特征。本文针对某工程展开蓄热式电锅炉供暖设计分析。

关键词：蓄热式；电锅炉；供暖设计

蓄热式电锅炉是在夜间利用电能对外供热的同时将部分热量储存在储热材料内，白天利用所存储的热量来供暖，电力部门对夜间电价推出优惠政策，因此这种方式有利于低谷电的消耗，可以起到优化我国电能结构的作用，而且蓄热式电锅炉设备的大量应用，会明显增加电力市场的增量，有利于清洁能源发电的发展，同时减少了大量的化石能源消耗，有害气体排放量也得到很好控制，符合现代对环保和时代发展的相关要求，也是供暖系统发展的必然趋势。

一、工程情况介绍

集中供热热源可以由燃煤和燃气锅炉、燃气直燃机、电加热等几种方式提供，根据相关规范要求，除非符合以下任意条件，否则不可以使用电直接加热作为热源：第一，供电充足，同时鼓励用电；第二，地区或城市没有集中供热，燃煤、燃气等受环保等约束，而且不能通过热泵作为热源供应的建筑物。本课题针对某综合楼为案例展开分析，由于该综合楼与城区距离较远，没有燃气源和集中供热，周围没有工业余热和可用废热，因此可以选择蓄热式电锅炉供暖方式。

本课题研究对象为某综合楼，其所在地区电价采取峰谷价格管理方式，低谷阶段是23:00-7:00之间，高峰阶段是在7:00-23:00之间。供暖工程设计选择蓄热式电锅炉供热，低谷阶段电加热开启，供热的同时进行蓄热，高峰阶段电加热关闭，利用所蓄热量供热。

二、多种热源方案对比分析

第一种为燃油锅炉，虽然最开始投资较少，但是运行期间费用昂贵，而且场地约束性较强，运行过程中锅炉声音很大，环境污染程度较高；第二种为燃气锅炉，同样是最开始投资较少，运行期间费用多，接入气源难度较大，供暖期间供热受影响的可能性较大，运行过程中声音很大，环境污染程度在可接受范围；第三种为直供式电锅炉，最开始投资较少，运行期间费用较高，污染几乎可以忽略，优势在于灵活布置、维修方便、运行可靠、安全性能高；第四种为蓄热式电锅炉，最开始投资偏高，运行期间费用少，污染几乎可以忽略，而且运行可靠、安全性能高，维修方便且难度低，不过占地面积相对比较大。我国结合电力市场发展情况对用电结构进行调节，采取低谷电和高峰电的缴费方式，而且低谷电和高峰电价格不同，因此蓄热式电锅炉可以很好的享受低谷电的电价优惠政策，在低谷阶段蓄热，高峰段供暖，这样能够将高价电更好的避开，运行费用大幅度降低，除此以外，蓄热式电锅炉供暖还符合节能减排的要求。

三、固体蓄热式电锅炉供暖工程设计

固体蓄热式电锅炉控制系统通常利用PLC控制器实现，该系统的优势在于抗干扰能力强、通用性强、编程难度小且结构简单等，因此成本更低，设计、调试和施工的周期也更短。系统对蓄热体温度、室内外温度、供回水压力与温度、送回温度等信号进行收集，依据室内外温度和实际运行情况对设备进行调控，使用户用热需求更好的满足。

控制要求：循环水泵、补水泵和备用泵间自行切换，实现手动控制和自动控制功能；水泵都具有缺项保护、短路保护和过载保护功能；水泵若发生故障停止运行可手动进行复位操作；电锅炉具备缺项、短路、电流过流、断水、超压超温等保护功能，同时具有报警功能；当电锅炉负荷突然增大时很可能导致电网受到负面影响，因此电加热管分组进行加载，可以设置每组电加热管延迟启动时间，分组启动可手动或自动控制；可实现用户结合个人需求对蓄热和供热时间段的设定；电锅炉出水温度的控制可由用户自行控制。

固体蓄热式电锅炉如今应用较为广泛，在工程设计中电锅炉蓄热体数量偏少，气-水换热器设计和风机型号选择不够科学合理等问题时有发生，固体蓄热式电锅炉运行过程中，放热周期完成前，供暖热负荷显然要比输出功率要高，而且高出几倍到十几倍，因此室内温度并不理想，蓄热量有效值也偏低，因此需要补热。固体蓄热式装置的主要构成部分包括配电柜、换热器、保温层、隔热层、通风道、循环风机和热电阻等。保温箱采用珍珠岩保温隔热材质制作而成，热能泄漏可以控制在每天低于2%的水平。蓄热砖材质为氧化镁，加热材质为合金热电阻，使蓄热和放热性能更好。装置外壳采用镀锌钢板材质，并对其进行喷塑防腐处理。中央单元与其他构成部分协同配合运行，使机组整体实现经济、安全的运转。

固体蓄热式电锅炉装置由三个过程构成，分别为蓄热、运热和放热。热源为弃风电力，中央控制单元、水循环、空气循环和蓄热体是最主要的四个构成部分。工艺流程按照先加热、固体蓄热储存、取热、热交换和供热尾端的顺序进行。本项目所处地区蓄热时间段通常在晚上23:00到第二天早上7:00点之间，低谷电持续8个小时，在此期间机组内热电阻完成电能向热能的转换，获取到的热量在氧化镁蓄热介质内进行存储，蓄热温度最高可以高达850度。

合金钢箱是用于存储蓄热的介质，在其内侧包裹多层保温隔热材质，使热量损失情况得以避免，进而提升热量利用率。可变速风机驱动空气使其在风道中循环，从高温蓄热砖经过将热量带走而得到高温空气，然后经由机组底部的气-水换热器实现热量向水循环系统的传递，循环水加热之后在循环泵的作用下向输热管线传递，最终完成供热。

四、固体蓄热式电锅炉蓄热影响因素分析

固体蓄热式电锅炉性能的评价指标有很多，其中有效蓄热量是最重要的指标之一。蓄热式电锅炉正常运行的状态下，一般电锅炉内部蓄热量有效性的评估和判断是通过换热器进出口的温差来进行的。固体蓄热式电锅炉蓄热性能可以通过有效蓄热量来体现，也就是有效蓄热量越大则固体蓄热式电锅炉蓄热性能越好，因此有效蓄热量的提升是固体蓄热式电锅炉设计和应用过程高度重视的内容，说明电能在使用的过程中会有很多热能提供给需求端应用，经济性更为显著。

放热过程是否均匀对固体蓄热式电锅炉有效蓄热量大小的影响是最关键的。放热时热量进入风气驱动的气流内，蓄热体表面本来温度就是一样的，所以，经由蓄热体表气流量差异就使气流带走热量出现差异。所以，固体蓄热式电锅炉有效蓄热量要想不断提高，蓄热体内部各个散热风道风量均匀性必须得到更好的保障。

结束语：

综上所述，本文分析的蓄热式电锅炉供暖工程设计中充分利用低谷电，高峰阶段尽量不启动电锅炉，实现了节能减排的目的。蓄热式电锅炉在供暖的同时还具有蓄热的功能，特别是夜间蓄热功能更为重要，这就对自动化控制要求更高，因此针对固体蓄热式电锅炉蓄热的控制系统要进行更全面和深层次的分析，同时对影响固体蓄热式电锅炉蓄热的因素也要掌握，为了提升固体蓄热式电锅炉蓄热效果，就必然要保证风道风量均匀，进而保证蓄热式电锅炉更好的供暖效果。

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