唐山某小学固体电蓄热机组供暖项目方案.doc

. . . . .唐山某小学固体电蓄热机组供暖项目设计方案北京添瑞祥德计量科技有限公司2016年8月9日目 录一、项目背景11、大气污染防治计划的任务要求12、电力需求侧管理（DSM）工作的当务之急23、电蓄能技术是解决电网峰谷差及环保问题的有效手段2二、项目情况及设计依据41、项目情况42、设计理念及依据4三、固体电蓄热机组及其应用51、固体电蓄热机组供热系统原理介绍51.1 固体电蓄热机组结构原理51.2 固体电蓄热机组工作原理61.3 固体电蓄热机组各部件功能介绍62、固体电蓄热机组应用于供热系统7四、本设计方案选型计算91、蓄热模式选择92、热负荷计算93、蓄热机组选型计算9五、建设条件121、电力要求121.1设计范围121.2供配电系统（需建设方提供）121.3电气传动121.4主要电气设备选型122、房屋面积（需建设方提供）12六、设备投资及运行费用141、设备投资142、采暖季运行费用14 学习好帮手. . . . .一、项目背景随着经济的不断发展，我国电力工业产业结构发生了很大变化，特别是在提倡环保节能的今天，国家大力支持谷电的使用，在此基础上蓄热电锅炉得到了长足发展。蓄热电锅炉简单来说就是利用夜间低谷时段的电力将蓄热体加热到一定温度，同时也能满足低谷时段的供暖负荷，在平时段和峰时段靠蓄热体余温来供暖的一种供暖方式。蓄热电锅炉有水蓄热和固体蓄热两种。水蓄热需用体积较大的蓄热水箱以及保温措施，而固体蓄热体积小，效率高，因此在供热领域的应用越来越广泛。本项目即是采用固体电蓄热锅炉进行供暖方案设计。1、大气污染防治计划的任务要求近年来，我国大气污染日益严重，雾霾天气频繁出现，人们要求保护环境，净化空气的呼声日益增高。大气污染防治计划部分摘录：一、加大综合治理力度，减少多污染物排放(一)加强工业企业大气污染综合治理。全面整治燃煤小锅炉。加快推进集中供热、“煤改气”、“煤改电”工程建设，到2017年，除必要保留的以外，地级及以上城市建成区基本淘汰每小时10蒸吨及以下的燃煤锅炉，禁止新建每小时20蒸吨以下的燃煤锅炉；其他地区原则上不再新建每小时10蒸吨以下的燃煤锅炉。在供热供气管网不能覆盖的地区，改用电、新能源或洁净煤，推广应用高效节能环保型锅炉。在化工、造纸、印染、制革、制药等产业集聚区，通过集中建设热电联产机组逐步淘汰分散燃煤锅炉。京津冀、长三角、珠三角等区域要于2015年底前基本完成燃煤电厂、燃煤锅炉和工业窑炉的污染治理设施建设与改造，完成石化企业有机废气综合治理。2、电力需求侧管理（DSM）工作的当务之急需求侧管理（DSM）实质是运用市场模式、强调利益、满足需求原则，引导用户改变用电方式、用电时间、合理消费、多用低谷电和季节电、多采用高效率设备。一方面使自己的用电成本下降；另一方面使电网负荷提高，改善电网的经济性，使国家电力资源得到优化配置，同时使环境得到保护。近年来，许多地区电力出现了相对过剩，电力峰谷差不断拉大的现象，国家面临的调峰任务和压力日益严峻。为确保电网的安全、稳定、经济运行，发电侧必须采取调峰措施：水、火电机组调峰运行，建立抽水蓄能、燃气发电等调峰电厂。而发电侧调峰能力是有限的，且是以牺牲机组寿命、能源利用率、高投资等为代价的。为了做到资源的合理配置，用电侧也必须采取调峰措施，进行削峰填谷。目前在政策上实行了峰谷分时电价，峰谷电价差为3倍左右，并随着峰谷比不断下调，峰谷电价差将逐步拉开到57倍。为此，国家更是出台了电力需求侧管理城市综合试点工作中央财政奖励资金管理暂行办法，随后各地也相应出台了本地区办法，鼓励低谷蓄热用电，对有利于环保和节能技术应用的新增电力容量，可适当减免电力容量贴费。用经济手段激励人们削峰填谷，缓解高峰缺电局面，以提高全国用电效率和水平。“峰谷电价”就是鼓励用户避开峰期，选择谷期用电。3、电蓄能技术是解决电网峰谷差及环保问题的有效手段为了解决夜晚负荷低，峰谷差大，机组调峰困难及城市环保等问题，从70年代起，相继开发了电蓄能技术，作为解决冬、夏高峰负荷的问题，取得了极大的成功。电力蓄能技术是应用蓄冷空调、蓄热式电锅炉等设备，利用低谷廉价电力蓄冷或蓄热，供需要时使用。该技术可平衡低谷电网峰谷差负荷，提高用电效率，减少环境污染，是一种既有社会效益，又有经济效益的节能新技术。蓄热式电热锅炉采用低谷电蓄热，可削峰填谷，缩小电力供应峰谷差，在优化电网结构的同时，用户可以享受到低谷电价。与传统集中供热方式相比，电锅炉系统热效率高、电能使用便利、形式多样、自动化程度高、运行安全可靠、运行方式灵活、无排放、无污染、无噪声这么多的优点，使电锅炉日益受到重视。固体电蓄热机组供热是以电为热源，利用夜间低谷廉价电力（23:00 7:00）、风电或太阳能所发电力，以发热管为媒介，在电网低谷时段以高比热的金属固体蓄能合金模块为热媒进行加热，并以高达750度的温度将其储存在蓄热器体内，由电脑控制换热速度，来达到掌控散热温度的目的，以供用户全天使用，从而达到节省运营费用的目的。目前可用的燃料，无非包括以下几种：煤炭、生物质颗粒、天然气、液化气、重油、柴油和电，而输出的热媒，亦无非是以下几种：蒸气、导热油、热水或热风！而未来太阳能、风电以及核能等的清洁能源将会逐渐代替旧种类燃料，占越来越大的比重！利用谷电、太阳能、风电等清洁能源可实现污染“0”排放，从根本上改善冬季采暖期大气污染严重的状况。同时，降低采暖运行费用，投资回收期短，维护管理成本低，是现代供热发展模式的最佳选择。二、项目情况及设计依据1、项目情况本项目为唐山某小学供热热源设计建造项目，本方案根据项目的现有条件及设计要求，制定本供热范围内的热源固体电蓄热机组的设计方案，并估算投资费用及一个采暖季的运行费用。已知唐山该小学供暖面积为1000，外墙保温良好。根据城市热力网设计规范及全国各热力公司实际供热统计资料，结合该项目地区位于唐山市，综合决定采暖设计热指标取30W/。热源供回水设计温度取60/50。2、设计理念及依据本项目在方案可行性研究过程中遵循国家和地方的相关供热设计的法规、标准和规范。项目技术指导理念坚持“可持续发展”的理念，采用理性的设计思维方式和科学的施工及运营管理程序，保证本示范项目的采暖做到环境效益、社会效益和经济效益的“三统一”。设计依据如下：1、辽宁省地方标准电热储能炉工程应用技术规程2、民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736-20123、全国民用建筑工程设计技术措施（暖通空调动力）（2009版）4、全国民用建筑工程设计技术措施（节能专篇暖通空调动力）（2007版）5、实用供热空调设计手册(第二版)，陆耀庆主编，中国建筑工业出版社6、城市热力网设计规范CJJ342002三、固体电蓄热机组及其应用固体电蓄热机组的突出特点是，很好的利用了国家的峰谷电价差政策，在电价最低的时段对设备加热蓄热，而在电价高端时段停止加热用电，在使用存储的热能时，与其它直热式电能热工设备功能一致。由于使用的是国家提供的低价电能，就可以大幅降低用户的使用成本与操作成本（可实现无人值守）。1、固体电蓄热机组供热系统原理介绍1.1 固体电蓄热机组结构原理蓄热机组主要包括6部分组成：蓄能砖、电加热管、托架结构、热风机、出水口、进水口、保温层。 1）蓄能砖：主要是用来存储加热丝传导的热量和释放存储的热量。2）电加热管：通过接通电源实现对蓄热池的加热。3）托架结构：连接、支撑锅炉本身各部分。4）热风机：将蓄能砖的热量，以风为介质传递给输送媒介，实现热量的交换与输出。5）进水口：待热交换液体进入蓄能装置的通道。6）出水口：液体被加热后的输出的通道。1.2 固体电蓄热机组工作原理a.热量产生: 首先由装置内的电阻发热管将电能转化为热量。b. 热量储存: 热量产生后被储存在高密度储热介质中。此介质储能能力巨大（1.2kwh/m3*）, 最高储能温度达700度以上。c. 热量控制: 为使储存的热量得到有效利用, 在安放储热介质的特种合金钢箱内, 包有多层保温隔热材料, 以防止热量散失。d. 热量释放: 储存的热量通过内置循环风机通过气/水交换器有序地向外交换，循环风扇由一台无级调速电机驱动。e. 热量输送: 利用循环风机将空气送入储热介质中的风道加热后, 通过机箱风道进入装置底部的热交换器内, 并和循环水交换, 被加热的循环水由循环泵送入输热管线内, 达到供热目的。1.3 固体电蓄热机组各部件功能介绍1.发热管：热量产生，由阻性材料制作。每台设备有近百只发热管。电阻发热管依次启动将电源转化为热量。转换率99%以上。2.保温层：防热量流失，由纳米保温隔热材料。为保证储存热量不散失，包有多层特殊保温隔热材料，热损耗极小，每天低于2%。3.蓄热介质：吸收储存热量:高密度镁金属陶瓷特殊材料的蓄能块，储热密度大，可吸收800度高温。4. 热风循环风机：热量释放，通过1台内置无级调速电机，驱动循环风机，将保温箱内冷空气送入蓄能块中的风道加热后进入换热器。5. 热交换器：热量输送，把储热传递给热交换器。风机将热风送入机组底部的热交换器内和循环水交换，输入的冷水被加热后由循环泵送入管线输出热水。可根据室内外的传感器进行输出水温调节。6.自动控制和连接部件: 可根据用户需要和室内外温差自动调节储热能量和释放速度。智能自动化，7.外壳:由特种合金钢制成，喷塑防腐处理。体积小，随意放置2、固体电蓄热机组应用于供热系统固体电蓄热机组采暖系统是以蓄热机组为热源，水为热媒，利用峰谷电价差，在供电低谷时，开启蓄热机组将装置内蓄热介质加热、保温、储存；在供电高峰及平电时，关闭蓄热机组，通过蓄热机组内循环风机将水加热后输配到用热区域进行供热。固体电蓄热机组供热系统是由蓄热机组、循环泵、补水箱、补水泵、软化水发生器等设备组成。蓄热机组作为热源，用于蓄热和放热，循环水泵用于用户侧热水输配。 系统根据室外温度变化,自动调节供水温度。系统内的蓄热机组、循环水泵、均由系统控制柜控制，可做到无人值守全自动运行，也可手动操作运行。固体电蓄热机组应用于供热系统中，接入到PLC控制后可通过供热软件实现了对蓄热机组的远程控制。使运行达到无人值守，运行更经济、节能。四、本设计方案选型计算1、蓄热模式选择蓄热模式按每天蓄热时间的长短可以分为：部分蓄热模式和全蓄热模式。部分蓄热模式：即夜间主要蓄白天峰段时间的负荷量，在白天平段时间（平段价格相对峰段便宜）固体电蓄热机组开启，进行热补充。该模式主要用于由于受机房区域面积限制，没有足够空间安置蓄热机组。该模式优点是设备初投资相对降低。但运行费用较之于全量蓄热模式会相对增加。全蓄热模式：即对白天峰段和平段的所有负荷量进行蓄热，充分利用夜间谷段价格优势。该模式优点是运行费用低，设备投资回收期短。缺点设备初投资相对大。本方案采用全谷电蓄热方式，谷电蓄热+保温时间取8个小时，供热时间为9个小时，纯保温时间为7个小时，综合采暖热指标取30 W/m2。2、热负荷计算设计采暖热负荷表建筑面积(m2 )1000采暖面积热指标（W/m2）30采暖热负荷（kW）303、蓄热机组选型计算机组主要计算公式：机组功率（kw）=谷段直供功率（kw）+蓄热功率（kw）夜间直供功率（kw）夜间热负荷（kw）总蓄热量（kWh）=非谷段供热热负荷（kWh）蓄热功率（kw）=总蓄热量（kWh）/谷段蓄热时长（为8小时）机组总功率（kw）=机组功率（kw）/机组效率（98%）初步设计：蓄热时间采用谷电8小时，蓄热砖机组的蓄热系统与机组集成在一起，故不用做单独的选型设计，相关设备参数及计算见下表：蓄热机组选型计算表序号名称符号单位计算公式数值备注1机组回水温度T1502机组供水温度T2603机组供回水温差T1T1=T2-T1104谷段直供功率P直供kwP直供155白天供热总负荷Q供热kWhQ峰= 30*1000*9/10002706白天纯保温总负荷Q纯保kWhP保温=30*1000*7/1000/21057白天总蓄热量Q蓄总kWhQ蓄总=Q供热+Q纯保3758蓄热时间H蓄h谷段时间为8h89 蓄热功率P蓄kwP蓄=Q蓄总/H蓄46.910 机组有效功率P有效kwP有效=P直供+P蓄61.911 机组效率11电阻式锅炉98%0.9812 管道热损失系数损1一般取1.05-1.11.0513安全系数安1一般取1.11.114 机组总功率P总kwP总=同*安*损*P有效/172.9蓄热机组选型机组型号单台锅炉功率P单（KW）数量（台）P锅总功率（KW）备注TRXD-0.4-75751750.4KV 蓄热循环泵选型计算序号名称符号单位计算公式数值备注1流量富裕系数泵21一般取1.05-1.21.22机组功率P锅kw查锅炉选型计算表753放热温差T3根据经验选取104循环泵流量Q泵2m3/hQ泵2=泵2*0.86*P锅/T17.745选择泵流量Q选泵2m3/h流量接近Q泵212.56扬程H2m一般二网泵扬程为30-35m32蓄热循环泵选型序号单台流量（m3/h）扬程（m）数量（台）单台功率（kw）备注112.53223RG65-160(上海鑫志机电)注： 固体电蓄热机组主要设备表序号技术参数单位数量单台功率（kw）备注参数数值单位固体电蓄热机组蓄热量442kWh台175 0.4KV热负荷65kW供回水温度60/50蓄热循环泵流量12.5m3/h台23设计压力1.6Mpa一用一备扬程32m设计温度0-200五、建设条件1、 电力要求1.1设计范围根据前述锅炉选型计算表，本方案需固体蓄能装置75KW的1台，2台蓄热循环泵及其相关配套电力设施的供配电设计、电气传动、控制等。1.2供配电系统（需建设方提供）根据负荷性质，固体蓄能装置总容量在75KVA，采用0.4KV供电。采用电蓄热机组后，若原有设计电力符合偏小，需要增容至80KVA。1.3电气传动固体蓄能装置采用高压接触器控制。循环水泵、补水泵采用变频器控制。不调速的低压设备采用继电器、接触器控制，一般为直接起动。正常运行时，集中自动操作。在事故或检修时，在现场机旁箱操作。1.4主要电气设备选型10KV变0.4KV变压器1台，容量80KVa。低配：GGD型进线柜1面。控制柜：固体电蓄热机组控制柜1面。2、 房屋面积（需建设方提供）根据前述机组选型计算表，本方案须固体电蓄热机组75KW的1台，单台固体电蓄热机组的外形尺寸如下表：蓄热机组外形尺寸表型号外形尺寸（mm）重量（KG）占地面积（m2）长（L）宽（L）高（L）TRXD-0.4-7525381652217836004.19考虑到检修空间等，固体蓄能装置周围应留出约10001500mm的距离。六、设备投资及运行费用1、设备投资系统设备名称规格