一種儲熱式電磁感應(yīng)采暖系統(tǒng)在某工程中的應(yīng)用

張從軍 謝廣峰 金佳洋

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

河鋼集團(tuán)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(lián)合發(fā)布的《關(guān)于擴(kuò)大中央財政支持北方地區(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)國家要求，必須取消原有燃煤鍋爐采暖設(shè)備。通過一系列技術(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，因此研究采用儲熱式電磁感采暖系統(tǒng)解決冬季采暖問題，同時降低運(yùn)行成本。

1 儲熱式電磁感應(yīng)采暖系統(tǒng)施工設(shè)計

1.1 儲熱水箱的保溫層設(shè)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(yīng)根據(jù)工藝要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析選擇保溫計算公式，確定計算參數(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(yīng)不超過4%。

1.2 循環(huán)水泵和軟化水設(shè)備設(shè)計

采暖系統(tǒng)通過循環(huán)水泵向用戶輸送熱水，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1 備模式。為了避免水質(zhì)硬化對采暖系統(tǒng)帶來的影響，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脂將原水中的鈣、鎂離子置換出去，經(jīng)過設(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

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。電源取自公司廠房高壓采電回路，一路進(jìn)線，全長500 m。敷設(shè)方式采用直埋及架空敷設(shè)相結(jié)合。變壓器室耐火等級不低于一級，電磁采暖設(shè)備間耐火等級不低于二級，均按《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》配置滅火器。

2 系統(tǒng)組成

儲熱式電磁感應(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)過纏繞在加熱體外的高頻導(dǎo)線，高速變化的磁場內(nèi)部產(chǎn)生的磁力線切割加熱體時產(chǎn)生無數(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)視整個系統(tǒng)的運(yùn)行、儲存系統(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，自動控溫間歇性工作，白天供電峰值時，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，選用西門子PLC 作為控制系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)通過使用本地物聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)APP 對鍋爐的遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測、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，這兩個月天氣不是太冷可降功率運(yùn)行，蓄熱時間8 h，計算運(yùn)行費(fèi)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(yùn)行，蓄熱時間延長至10 h，停機(jī)率為80%，運(yùn)行費(fèi)用為23 萬元。整個采暖期系統(tǒng)運(yùn)行總費(fèi)用約40 萬元。

該采暖系統(tǒng)實(shí)施后采用無人值守遠(yuǎn)程操控運(yùn)行，運(yùn)行費(fèi)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(fèi)用100 萬元/a，以及廢物排放產(chǎn)生的費(fèi)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(fèi)用72 元/a。綜上所述，每年可節(jié)約212 萬元。項目實(shí)施3 a來，累計節(jié)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(dá)760 kg、氮氧化物360 kg、煙塵202 kg，環(huán)境效益顯著。

3 結(jié)語

河鋼集團(tuán)淶源有色金屬公司選礦廠家屬樓應(yīng)用新型儲熱式電磁感應(yīng)采暖系統(tǒng)供暖后，達(dá)到了無噪音、無異味、無揚(yáng)塵、無化學(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大氣環(huán)境的污染，節(jié)約了煤炭資源，年可節(jié)約212 萬元，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益顯著。