一種儲熱式電磁感應采暖系統在某工程中的應用

張從軍 謝廣峰 金佳洋

（1.河鋼集團礦山設計有限公司；2.河鋼集團司家營北區分公司）

河鋼集團淶源有色金屬公司選礦廠原有2 臺2 t燃煤鍋爐，用于辦公樓和選廠車間采暖使用。2017年國家四部委聯合發布的《關于擴大中央財政支持北方地區冬季清潔取暖城市試點的通知》中，明確提出3 a示范期結束后試點城市城區清潔取暖率要達到100%。該公司所在的保定市屬于清潔取暖試點城市，故根據國家要求，必須取消原有燃煤鍋爐采暖設備。通過一系列技術論證后，認為電磁感應鍋爐的投資和運行費用較低，且符合3 a 內每年政府補貼5億元政策補貼范圍，因此研究采用儲熱式電磁感采暖系統解決冬季采暖問題，同時降低運行成本。

1 儲熱式電磁感應采暖系統施工設計

1.1 儲熱水箱的保溫層設計

為了降低儲熱能流失，在儲熱水箱加裝保溫層，保溫計算應根據工藝要求和技術經濟分析選擇保溫計算公式，確定計算參數。在容易導致人身燙傷的位置，采用表面溫度法計算保溫層厚度，且保溫層外表面的溫度不能超過60 ℃［1］。該項目中，保溫材料吸濕率不超過5%，保溫材料憎水率不低于98%，熱永久線變化應不超過4%。

1.2 循環水泵和軟化水設備設計

采暖系統通過循環水泵向用戶輸送熱水，為了降低運行費用，水泵控制采取變頻技術，系統運行采取1 開1 備模式。為了避免水質硬化對采暖系統帶來的影響，采暖系統增加了軟化水設備。軟化水設備通常采用鈉離子交換樹脂將原水中的鈣、鎂離子置換出去，經過設備處理得到硬度極低的軟化水。

1.3 采配電與防火設計

根據該公司現有采電現狀，在辦公樓院內設置10 kV 油浸式變壓器室1 座，配電方式均采用放射式配電。電源取自公司廠房高壓采電回路，一路進線，全長500 m。敷設方式采用直埋及架空敷設相結合。變壓器室耐火等級不低于一級，電磁采暖設備間耐火等級不低于二級，均按《建筑滅火器配置設計規范》配置滅火器。

2 系統組成

儲熱式電磁感應采暖系統硬件主要由電磁感應采暖爐、儲熱水箱、循環水泵、控制柜等主要設備組成。

2.1 系統工作原理

儲熱式電磁感應采暖系統是利用電能轉換為熱能，在控制器內由整流電路將50 Hz 的交流電變成直流電，再經過控制電路將直流電轉換成頻率為10～20 kHz 的高頻交流電，高頻交流電經過纏繞在加熱體外的高頻導線，高速變化的磁場內部產生的磁力線切割加熱體時產生無數的小渦流將水磁化，使水迅速加熱，達到快速加熱水的效果［2-3］。以電為熱媒，水為熱介質，利用循環泵強制液相循環，將熱能輸送給用熱設施后，繼而返回重新加熱，如此周而復始，實現熱能的連續傳遞，實現采熱的目的。采暖系統工作原理見圖1。

2.2 控制系統

該系統由PLC 可編程控制器、觸摸屏、變頻器和上位機組成。PLC 可編程控制器實現控制程序的運行和執行，觸摸屏實現顯示系統狀態和修改系統參數，變頻器控制采水溫度，上位機監視整個系統的運行、儲存系統信息。根據工藝特點，該系統采用智能化運行控制方式，供暖設備帶多路溫度控制，在全天24 h 供暖期間，自動控溫間歇性工作，白天供電峰值時，系統停止鍋爐工作，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行供暖；板式換熱器密閉運行可增加系統的穩定性。其中，變頻器調節采水溫度是保證采熱質量的關鍵。為保證系統穩定高效運行，選用西門子PLC 作為控制系統平臺。系統通過使用本地物聯網平臺，實現了手機APP 對鍋爐的遠程控制、監測、預警，減少了人力、物力和檢修成本（圖2）。

2.3 經濟效益及環境效益估算

整個采暖期全天24 h 采暖，鍋爐運轉系數定為0.8；使用平、谷供電法晚間運行，白天采用儲能法供熱［4-5］。淶源地區谷電電費0.42 元/kWh（晚23 點至次日凌晨6 點），平電電費0.68 元/kWh（晚6 點至8 點），平均電費0.46 元/kWh。采暖季從11 月15 日至3 月15 日，采暖實際天數暫定為120 d。從11 月15 日到12月15日、2月15日到3月15日，這兩個月天氣不是太冷可降功率運行，蓄熱時間8 h，計算運行費用為17 萬元。從12月15日到2月15日，這兩個月天氣較冷需滿功率運行，蓄熱時間延長至10 h，停機率為80%，運行費用為23 萬元。整個采暖期系統運行總費用約40 萬元。

該采暖系統實施后采用無人值守遠程操控運行，運行費用40 萬元/a，減少鍋爐工9 人。改造前兩臺2 t燃煤鍋爐燃料成本費用100 萬元/a，以及廢物排放產生的費用50 萬/a，原鍋爐工以每班3 人3 班倒工作制，共9 人，按個人成本8 萬元/a計算，費用72 元/a。綜上所述，每年可節約212 萬元。項目實施3 a來，累計節約636 萬元。

該項目的取暖總面積5 066 m2，按原用燃煤采暖污染物排量計算，1 個采暖季可減少排放二氧化硫達760 kg、氮氧化物360 kg、煙塵202 kg，環境效益顯著。

3 結語

河鋼集團淶源有色金屬公司選礦廠家屬樓應用新型儲熱式電磁感應采暖系統供暖后，達到了無噪音、無異味、無揚塵、無化學反應、不產生污物的效果，實現了智能遠程控制，減少了人員投入及對大氣環境的污染，節約了煤炭資源，年可節約212 萬元，經濟效益、環境效益顯著。