电锅炉与蓄热系统.docx

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电锅炉与蓄热系统

电锅炉及其蓄热系统

——两个电锅炉房的设计介绍

胡瑜想

（中南建筑）

20世纪50—60年代，电锅炉在国外先进国家已得到普遍应用，这是因为这些国家的发电能力大幅度提高，对耗电大户有了供应保证，更重要的是，电热锅炉占地面积小，热效率高，无三废排放，无噪音污染，自动化程度高，操作简单，维修方便，因而得到迅速发展。

而我国由于工业落后，电力供应更是僧多粥少，怎能奢谈用电锅炉？

近年来，由于我国电力工业的持续发展，产业结构发生了很大变化，而且人民生活质量不断提高，尤其是一些中心城市对环境保护的特殊要求和某些电力供应较为充足的地方，对电锅炉在中国的应用培育了一片沃土，而且，前些年，由于某些原因，产生了电供大于求的暂时现象，供电部门便出台了一些优惠政策（如有的地方许诺减免增容费、电价最低低至0.18元/KW），从而使电锅炉在中国的诞生创造了各方面的条件，如笔者设计的某工程，热负荷（包括办公室、客房空调、住宅采暖、酒店及住宅卫生热水、酒店餐厅、洗衣房用汽等）高达8000KW。

我们原来设计了二台4.2MW的有压燃油热水炉及一台0.5t/h的蒸汽炉，后由于当地供电局许诺减免增容费和低价供电，且由于环保要求高，贮油罐不好布置，业主发文要求我们改为电锅炉，但等电锅炉及其附属设备已到货正等安装时，业主又一次要求我们经过分析比较加上了半蓄热系统；某工程建筑面积近二十万平方米，写字楼部分空调用热就达4000KW，也是在上述优惠政策及环保要求高，用地面积少的情况下，选用了四台1000KW的电锅炉。

通过上述二个电锅炉房的设计，我们总结了下述一些经验：

一、设计前必须做好方案比较：

建筑用热现在无非是煤、油、气、电（少数地方有地热，但不普遍，应用场合较窄）几种热源，对于相对应的热源设备、配套设施、占地面积、热源价格要作出详细的认真的准确的可行性与经济技术分析报告。

尤其是锅炉，同热源的锅炉，由于有进口与国产之别，价格差别很大，有人在做分析时，往往为了表达某种观点，将锅炉价格定为国产或进口的，造成假象，误导业主，我们在分析时，采取了下列格式：

出力相同（如同为1.4KW热水炉或2T/t蒸汽炉）的各种热源技术经济比较表：

热源

项目

煤锅炉

重油锅炉

进口轻油锅炉

国产轻油锅炉

进口天然气锅炉

国产天然气锅炉

进口电锅炉

国产电锅炉

设备投资

（万元）

占地面积

（㎡）

供热单价

（元/产1KW热）

环境影响

这里要说明的是：

设备投资包括主机和其他配套设施价格，如电锅炉的变压装置、配电柜及增容费等、油锅炉的贮油罐等，煤锅炉的上煤、除灰除尘系统……供热单价是指每生产1KW热量所需的热源价格。

上述二工程由于当时供电单位许诺的电价为0.18/KW且不收增容费，所以，用电除了比用煤（而这是许多城市已限制使用的）贵外，比其他各种热源都便宜。

且电锅炉的设备投资，除进口者外，国产的比燃油、燃气都贵不了多少，而且电锅炉有利于环境，占地面积小，操作简单等优势，因此上述二个业主均选用了电锅炉。

值得注意的是：

这两年随着供电矛盾日益突出，供电局近期再也不会出台什么优惠电价了，有的已签的合同也难以保证，用电锅炉的运行费用又上去了。

但是，供电部门也出台了峰谷电价这一新政策，一般将一天的用电时间分为三段，即高峰期、平谷期、低谷期，低谷电价一般是高峰电价的1/3—1/4，这样可以采用电蓄热方案，即用低谷电生产载热介质储蓄起来（一般为水或油），到用电高峰时，通过直供或热交换器将热量送到系统使用。

此时，可将上表中的电锅炉那项改为电蓄热系统，而设备投资要增加蓄热系统（对于蓄热一体化锅炉只计一体化锅炉成本），再进行比较，就可得出结论了。

二、电锅炉房设计：

1、锅炉选型：

在确定了用电锅炉之后，选型就是十分关键的事了。

目前国外生产电锅炉的厂家很多，产品形式千差万别，比较而言国产锅炉比进口便宜，但体积较大，电热管寿命较短，进口锅炉尤其电热管等各方面性能都较优越，然而价格却是国产炉的1.6—3倍，从而使一些用户望而却步。

锅炉选型主要是业主的事，我们只能给他们一些参谋，如某工程是某水电开发公司的调度中心，功能很多，地位十分重要，该单位的经济效益又很好，再者第一次设计时按燃油锅炉考虑的锅炉房已经施工完毕，锅炉房已不可更改，为确保该公司的心脏（调度中心）正常跳动，我们建议他们选用进口炉，他们也欣然同意了。

而某工程是个住宅、写字楼商品房项目，业主不可能在电热锅炉上投资很多，故我们推荐他们选用国产炉，而他们根据自己的情况，确定了国产炉。

2、锅炉房布置：

电锅炉房设计，在我国还是一个新课题，无论在锅炉房设计规、规程还是各种手册上，还没有论及（2003年编的《全国民用建筑工程设计技术措施》·暖通空调·动力部分只有简单论述），所以，当时设计时，我们还是尽量按《锅炉房设计规》来考虑。

现在的工程设计尤其是民用建筑，不知什么原因，往往违背设计规律，比如锅炉房设计（其它站房也一样），不是在初步设计完毕确定了设备或签订了订货合同之后再根据已订设备来画施工图，而是由推荐设备型号出完施工图之后再来招标或确定设备，必须再根据业主招标定下来的设备再出一次图（业主招标确定的设备很少与推荐的相符）。

这样，不仅增加了的负担，且使业主宝贵的建筑面积得不到充分合理利用，因为要招标，只能按所有设备中尺寸较大的设备布置锅炉房，而实际招标尺寸可能偏小，这样便浪费建筑面积。

某工程就是这种情况，该锅炉房在修改为电锅炉时就做成24400×8000的规模，若按国产炉布置，因其锅炉体形大，只能布置1.5MW的炉子五台（国产大于1.5MW的锅炉还不过关），而合理的布置是2.5MW三台，这根本不可能，若按进口锅炉布置，则仅要原锅炉房的1/2即可（布置三台2.5MW），然而，业主一直不能确定用进口还是国产，我们也只好十分为难地按国产五台考虑，布满了整个锅炉房，这样既保证了锅炉房布置尺寸符合《锅炉房设计规》要求，也给业主提供了选择的余地。

实际招标结果，业主选用了美国精工牌，而且也用了五台，由于该锅炉小巧玲珑，其控制柜与锅炉本体合二为一，而我们按国产分体式布置占用的面积改为布置进口炉后，显得很宽松，操作空间很大，完全满足规要求，但显得有些浪费建筑面积。

而某工程招标的结果就是国产炉，其控制柜与锅炉不能联在一起，其间必须有1200的距离，控制柜后侧与墙之间的距离要600—800，锅炉之间、锅炉与墙之间的距离要1000以上（主要是为了更换电热管），所以布置起来较为麻烦，其锅炉房布置在地下二层的一个特殊空间，在满足了上述要求后，炉前距离却无法满足《锅炉房设计规》3米的要求，为此，我们与厂家进行了充分的磋商，他们认为，炉前距离仅一米就够了，因为炉前没有什么操作并举出许多实际例子，于是我们到一些已经运行的电锅炉房考察，有些锅炉房布置十分拥挤，尤其炉前，有的连一米都不到，但操作工人认为炉前只有一个显示屏，不象煤锅炉那样要换炉排，不象油气锅炉那样要换燃烧器，没有必要3米，实践出真知，于是我们“冒天下之大不韪”，确定炉前距离为1.5米，实际操作起来，也很方便。

在这里我们呼吁一下，包括政府部门、业主、都应该按设计规律办事，一定要在施工图出图前先确定好设备型号及厂家。

避免造成各方面的浪费。

3、电锅炉的水处理：

不管是蒸汽锅炉，还是热水锅炉，炉水都应按《锅炉水质标准》来考虑，对于炉水必须软化，这点谁也没有异议，但对于是否除氧，上述标准规定是热水锅炉4.2MW以上应除氧，4.2MW地下尽量除氧，蒸汽锅炉则是6T/h以上要除氧，而锅炉厂家也说不必除氧，有些业主为了省钱，也不想除氧。

然而，对于电热锅炉，尤其是热水锅炉，我们认为不管其锅炉大小必须除氧，这是因为：

电热锅炉主要靠电热管与水进行热交换来达到生产热水（或蒸汽）的目的。

而电热管目前国、国外绝大多数都是采用电阻式电热管，它的结构是电流通过电热管中的电阻丝产生热，电阻丝放置在紫铜或镍基合金套管中，套管中充满氧化镁绝缘层，冷态绝缘电阻要求≥10兆欧，热态泄漏电流≤1mA/KW，绝缘强度应能承受50HZ，1500V交流电压，1分钟不被击穿。

为保证金属套管有足够的散热面积和散热能力，金属套管又不能做得太厚，因此，为了保证套管万无一失，就不能让铜和镍基合金与高温高压中的氧有任何接触，如果某处某点产生氧化，这对电热管将是致命的。

我们对一些电锅炉上换下来的电热管进行了观察分析，有一些坏管就是因为套管被击穿了，而套管有明显的氧化现象，而在我们考察的电锅炉房中，几乎都没有采取除氧措施。

因此，我们认为，不管是大锅炉，还是小锅炉，尤其是热水炉，都应该进行除氧。

若要进行除氧，除氧水箱的设计显得十分重要，除氧水箱一般分为密封式（配大气式热力除氧器等）和非密封式（配近年来研制成功的常温过滤式除氧器），该除氧器无需蒸汽或高温水，安装方便，运行管理简单，除氧水箱又不必密封，非密封式除氧水箱在设计时要特别注意除氧水的二次吸氧，在工程中我们选用的就是常温过滤式除氧器，其水箱中要求设置隔氧层，其具体做法是在除氧水面布置一层浮在水面的细小的覆盖球，这些球纵横重迭，将空气与除氧水完全隔绝。

然而由于用户疏忽，该除氧水箱没有装覆盖球运行了几个月，我们验收时，发现了这一问题，取出电热管，虽只运行几个月，也发现电热管表面有氧化现象（虽未击穿），后来，经过整改，装上覆盖球，又运行了几个月，再取出电热管，就没有发现氧化现象了。

因此，我们认为：

电锅炉的除氧很重要，而保证除氧水的纯洁比除氧更重要。

4、电锅炉房蓄热

某工程在当地供电局承诺给予优惠电价后，由油炉改为电炉，但到了2002年初，业主又要求我们对已到货的电锅炉与燃油气锅炉的运行费用进行比较，因为有人提到用电比油、气贵很多，此时的供电价已改为峰谷分时计价，高峰电是平谷电的1.5倍左右，是低谷电的4倍左右。

为此，我们根据当前的电价进行了分析，得出若全部直供用电锅炉是燃油、气的三倍以上，半蓄热（即利用现有直供锅炉蓄热，不够时直供）比燃油、气略高，全蓄热低于燃油、气的结论，又由于该锅炉房早已建成，锅炉已经到货，其配套设施已施工完毕，在这种情况下，若要退掉电锅炉改油、气显然是不现实的。

如果全部按蓄热考虑，又要增加锅炉，建庞大的蓄热水池，投资会大幅增加，且这些设备在非寒冷时间（每年的3—11月）将长期闲置，投资回收周期较长，更重要的是锅炉房已无发展余地，满足全蓄热（指全部用低谷电）用的蓄热水池占地面积庞大，更无地方布置，为此，经与业主多方协商，决定采用半蓄热式（即利用已购直供锅炉容量设置蓄热水池，尽量在低谷电时蓄热，蓄热不够时，则采取平谷电直供，蓄热介质为水）。

其运行模式是这样的：

当低谷供电时，开启所有的锅炉，满负荷运行将蓄热池的水加热至最高温度，同时也直供部分这期间需要运行的用热设备，低谷电过后，停炉。

然后将蓄热水池的水通过热交换器送到各用热点。

通过计算，在非寒冷时间，蓄热热量可以基本满足所有非谷电期用热，在寒冷季节，则蓄热量主要供高峰电期间的用热，不够部分，在平谷电期间直供。

基于上述考虑，工程最后施工完毕，采用了三个蓄热水箱，每个350m3，实际运行，在非寒冷季节，基本全部采用蓄热低谷电，运行费用比燃油、气还低。

而寒冷期间有待运行后统计。

电能为二次能源，价格昂贵，即使蓄热，初始投资也很大，投资回收周期太长，因此，在选用电作为能源时，要慎重考虑，要进行多方案比较，要根据业主的财力物力通盘考虑，尽量采用全蓄热，其次为半蓄热，对于小于1000KW的小用户，可以采用蓄热电锅炉（即锅炉与蓄热装置一体化），实在不得已，才可考虑直供式，但不应超过1000KW。

全蓄热电热锅炉房的总热负荷及蓄热水池（箱）容量的确定是保证投资合理，运行可靠，节省运行费用的关键，这里推荐二个公式：

蓄热式电热锅炉房的设计规模和总热负荷应根据用户供热系统的热负荷曲线和蓄热量比例及锅炉运行方式合理确定，一般可按下式计算：

24-TQir+qiT

Q=K[（F1q1+F2q2）×1+———·η+Σqi+———]

TT

式中Q——锅炉房总负荷（W）；

K——室外管网热损失系数；

F1——采暖供热面积（m2）；

F2——空调供热面积（m2）；

q1——采暖供热指标（W/m2），由采暖设计提供；

q2——空调供热指标（W/m2），由空调设计提供；

qi——生活、生产等非24h连续供热用户的用热指标（W）；

η——采暖、空调供热时段不平衡修正系数。

一般取η=0.7～0.8，

办公楼、学校可取较小值，医院、住宅、宾馆等取较大值；

T——蓄热时间（h）；

Qir——生活、生产等非24h连续用热用户全日用热量（W）。

锅炉房蓄热水箱（罐）总有效容积（V），可按下式计算：

24-TQir—qi·T

3.6×K[（F1q1+F2q2）×———·η+Σ—————]×（24—T）

TT

V＝————————————————————————·φ

C·P·△t

式中：

C——水的比热[kJ/（㎏·℃）]；

P——水的密度（㎏/m3）；

△t——蓄热水箱开始蓄热水温和蓄热最高水温之差（℃），其他

符号含义同上式；

φ——有效容积系数，取0.9～0.93。

[参考文献]

1、吴喜平编著：

蓄冷技术和蓄热电锅炉在空调中的应用

同济大学

2、全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调·动力

建设部工程质量安全监督与行业发展司

中国建筑标准设计研究所

[作者简介]

胡瑜想，高级工程师，从事环保研究十多年，获多项全国和省市奖励，并取得二项国家专利，从事动力站房设计十几年，多次获省优秀设计二、三等奖。

通讯地址：

市中南二路·中南建筑

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