固體蓄熱鍋爐與燃氣真空相變鍋爐在居住與公共建筑中應用對比分析

惠 荷

(西安市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710054)

由于我國電力工業的持續發展，西安、寶雞、咸陽等地電力供應充足，并且產生了供大于求的現象。供電部門出臺了一些優惠政策，如許諾減免增容費、電價最低低至0.23元/kWh、對永久性轉移高峰電力負荷的每千瓦獎勵550元等。根據對該區域多個熱力公司調研，普遍反應在供暖季存在因燃氣供應不足而導致的停暖問題，這對固體蓄熱鍋爐在集中供熱領域的應用提供了有利條件[1-3]。通過對固體蓄熱鍋爐與燃氣真空相變鍋爐在居住與公共建筑中的應用對比分析，為蓄熱鍋爐在集中供熱領域的應用提供借鑒。

1 固體蓄熱鍋爐與燃氣真空相變鍋爐介紹

1.1 固體蓄熱鍋爐

固體蓄熱鍋爐，是利用午夜低谷時段電力將固體蓄熱體加熱到750～800℃的溫度，同時也滿足低谷時段建筑物的供暖負荷，在平電時段和峰電時段靠被加熱的蓄熱體通過循環高溫空氣及換熱系統提供熱量的供暖設備。固體蓄熱鍋爐的優點有：轉移高峰用電量，平衡峰谷差；在使用側無污染，無排放；不需要市政一次熱力管網配套設施。

1.2 燃氣真空相變鍋爐

真空相變鍋爐是在封閉的爐體內部形成一個負壓的真空環境，在機體內填充熱媒水，通過燃燒加熱熱媒水，再由熱媒水蒸發、冷凝至換熱器上，再由換熱器來加熱供暖熱水。

真空相變鍋爐的優點有：機組始終在負壓狀態下運行，無膨脹爆炸的危險，安全可靠；內置式不銹鋼換熱器，換熱效率高；低氮燃燒器，高效燃燒，煙氣超凈排放。

1.3 供熱系統

固體蓄熱鍋爐供熱系統與燃氣真空相變鍋爐供熱系統類似，均為間接供熱系統，固體蓄熱鍋爐供熱系統與燃氣真空相變鍋爐供熱系統圖見圖1與圖2。

圖1 固體蓄熱鍋爐供熱系統圖

圖2 燃氣真空相變鍋爐供熱系統圖

對于相同供熱區域，固體蓄熱鍋爐供熱系統與燃氣真空相變鍋爐補水定壓系統、循環水系統及設備相同，故僅對熱源設備進行比較分析。

2 實例分析

2.1 項目概況

項目1：寶雞某住宅小區，供熱面積18.67萬m2，供熱熱指標為45 W/m2，供暖天數為120天，每天采暖時間為24 h，供暖熱負荷為8 400 kW。

項目2：寶雞某公共建筑，供熱面積14萬m2，供熱熱指標為60 W/m2，供暖天數為120天，每天采暖時間為10 h，每天的8:00～18:00, 供暖熱負荷為8 400 kW。

2.2 供熱方案

根據寶雞市的能源結構、建筑物功能特點并結合當前環保政策，對項目各提出2個供熱方案進行經濟技術比較分析。

方案1：固體蓄熱鍋爐供熱；

方案2：燃氣真空相變鍋爐供熱。

2.3 設備選型計算

2.3.1 固體蓄熱鍋爐選型

寶雞市的電力能夠滿足使用需求，電力部門鼓勵執行峰谷電價政策，各時段峰谷電價見表1。

表1 寶雞市峰谷電價表

蓄熱鍋爐采用全谷電運行方式，即在23:00～7:00 低谷電時段開啟電鍋爐，加熱蓄熱材料，同時向用戶供熱，在7:00～23:00 平、峰電時段關閉電鍋爐，通過蓄熱材料儲蓄的熱量向用戶供熱。

蓄熱用鍋爐負荷(kW)：

NX=Wx/Tx

(1)

式中Wx——建筑物用蓄熱裝置供熱的時間段內所需要的熱量，kWh；Tx——蓄熱裝置蓄熱時間，h；

值班鍋爐負荷(kW)：

Ng=谷電時段建筑物的保溫熱負荷

(2)

鍋爐負荷(kW)：

Nj=Nx+Ng

(3)

根據式(1)至式(3)，對項目1，蓄熱時長為8 h，供熱時間為24 h，蓄熱用鍋爐負荷為16 800 kW，值班鍋爐負荷為8 400 kW，鍋爐負荷為25.2 MW；選用3臺蓄熱功率為8 500 kW的熱水鍋爐進行供熱；對項目2，蓄熱時長為8 h，供熱時間為10 h，蓄熱用鍋爐負荷為10 500 kW，值班鍋爐負荷為0 kW，鍋爐負荷為10 500 kW；選用2臺蓄熱功率為5 500 kW的熱水鍋爐進行供熱。

2.3.2 燃氣真空相變鍋爐選型

在供暖方面，需要保證鍋爐最大輸出功率不小于建筑的采暖負荷需求，設計選用2臺功率為4 200 kW的熱水鍋爐進行供熱。對方案1，運行策略為24 h運行；對方案2，運行策略為10 h運行。

2.4 方案投資分析

由于固體蓄熱鍋爐與燃氣真空相變鍋爐補水定壓系統、循環水系統及設備接近，故僅對不同方案的熱源設備進行比較分析。

2.4.1 初投資分析

對項目1，方案1與方案2設備初投資如表2所示。

表2 項目1的方案1與方案2設備初投資

燃氣配套費按照最大日用氣量700元，固體蓄熱鍋爐補貼按照550元/kW計算。

對項目1，燃氣真空相變鍋爐方案設備初投資比固體蓄熱鍋爐方案設備初投資多148萬元。對項目2，方案1與方案2設備初投資如表3所示。

表3 項目2的方案1與方案2設備初投資

對項目2，燃氣真空相變鍋爐方案設備初投資比固體蓄熱鍋爐方案設備初投資多131萬元。

2.4.2 運行費用分析

對項目1，方案1與方案2運行費用如表4所示。

表4 項目1方案1與方案2運行費用

對項目1，燃氣真空相變鍋爐方案采暖季運行費用比固體蓄熱鍋爐方案采暖季運行費用多169萬元。對項目2，方案1與方案2運行費用如表5所示。

表5 項目2方案1與方案2運行費用

對項目2，燃氣真空相變鍋爐方案采暖季運行費用比固體蓄熱鍋爐方案采暖季運行費用多66萬元。

2.4.3 全壽命周期總費用分析

項目1全壽命周期總費用如表6所示。項目2全壽命周期總費用如表7所示。

表6 項目1全壽命周期總費用 萬元

表7 項目2全壽命周期總費用 萬元

2種方案的運行年限均按20年計算，項目1采用燃氣真空相變鍋爐時，運行20年總費用為12 783萬元；采用固體蓄熱鍋爐時，運行20年總費用為9 115萬元。在全壽命周期內，采用蓄熱鍋爐供熱方案比燃氣真空相變鍋爐供熱方案節約3 668萬元，經濟效益顯著。

2種方案的運行年限均按20年計算，項目2用燃氣真空相變鍋爐時，運行20年總費用為5 446萬元，采用固體蓄熱鍋爐時，運行20年總費用為3 935萬元。在全壽命周期內，采用蓄熱鍋爐供熱方案比燃氣真空相變鍋爐供熱方案節約1 511萬元，經濟效益顯著。

綜上所述，對于減免電力增容費、實行峰谷電價、給與用電補貼的地區，不論對于24 h采暖的居住建筑，還是10 h采暖的公共建筑，采用蓄熱鍋爐供熱方案都比燃氣真空相變鍋爐供熱方案經濟效益顯著，解決采暖季燃氣供應不足的問題，在保證市政供熱的同時使用低谷電能，有效轉移高峰電力負荷。

3 結語

通過分析可以得出，在減免電力增容費、谷值電價為0.23元/kWh、政府每千瓦獎勵550元的條件下，對居住與公共建筑使用蓄熱鍋爐供熱進行評估，采用蓄熱鍋爐供熱比燃氣真空相變鍋爐供熱的供熱成本低，居住與公共建筑采暖是電能替代的主要領域之一，這對該區域內的其他建筑采暖具有一定的借鑒意義。

蓄熱鍋爐使用夜間谷電，能有效平衡電網負荷峰值，提高電網運行效率和穩定性，有效降低電網損耗，提高發電設備利用率，增加發電量，降低發電成本，有一定的社會效益，具有一定的推廣和使用空間。