鱼亮
中煤西安设计工程有限责任公司 陕西西安710000
摘 要：随着国家环保政策日趋严格，用于煤矿供热的小容量燃煤锅炉陆续拆除改造，因此利用零污染的新能源技术解决煤矿供热问题刻不容缓。本文从固体电蓄热锅炉应用于某露天矿供热工程的实例出发，阐述其可行性、经济性、环保性及应用优势，为此类供热改造的项目提供新的设计思路，为碳中和推动绿色低碳循环发展贡献力量。
关键词：固体电蓄热锅炉；热源方案比选；运行费用分析；应用优势
0 引言
围绕着习总书记提出的“绿水青山就是金山银山”的科学论断，国家出台了一系列环保政策，以2018年7月国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（国发〔2018〕22号）为例，其中有以下规定：“开展燃煤锅炉综合整治。加大燃煤小锅炉淘汰力度。县级及以上城市建成区基本淘汰每小时10蒸吨及以下燃煤锅炉及茶水炉、经营性炉灶、储粮烘干设备等燃煤设施；继续推进电能替代燃煤和燃油，替代规模达到1000亿度以上。” 因此供热燃煤锅炉的环保改造项目遍地开花。
采用低谷电蓄热技术在发达国家被广泛应用[1-2]。尤其是新疆地区风电、火电等电力资源尤为丰富，采用固体电蓄热技术解决供热问题更是一举两得的措施。
1 固体电蓄热锅炉的介绍
1.1 固体电蓄热锅炉原理构造
蓄热模式时，固体电蓄热锅炉电阻发热管将谷电转化为热量储存在以MgO含量≥90%的压缩砖蓄热池中，压缩砖蓄热池可加热至750℃，MgO压缩砖集蓄热及绝缘功能为一体，外护层为耐火绝热材料。放热模式时，被储存的热量通过内置的循环风机将冷风（≤70℃）加热成热风（≥400℃）后将热量传递给换热器二次侧的水，热风重新成为低温风，继续循环。换热器二次侧的水吸热后输出95℃的供暖热水。固体电蓄热锅炉的构造原理详见图1。
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图1 固体电蓄热锅炉构造原理图
1-保温材料 2-离心风机 3-隔热材料 4-低温风 5-高温风 6-供水管 7-回水管 8-换热器
2 工程概况
吉郎德露天矿位于新疆自治区哈密市巴里坤县城北西方向约150km，露天矿供暖范围由机修工业场地、选煤厂工业场地组成，总供暖体积约为12.8×104m3，总热负荷为：6000kW。 利用DeST[3]能耗模拟软件对各建筑物进行逐时热负荷计算（10.06日~次年04.16日共194天）并进行归纳汇总得出以下结论：在50%~110%设计热负荷下运行的天数约为49天（供暖季1/3时长），在0%~50%（含50%）设计热负荷下运行的天数约为128天（供暖季2/3时长）。
由于国家及自治区相关政策要求，不允许新建单台容量低于35t/h的燃煤锅炉，因此需选择既符合环保要求又技术经济可行的供热方式作为露天矿供热热源。
3 热源方案比选
3.1 方案一：部分负荷蓄热
电锅炉功率计算公式[4]：
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因此新建固体蓄热式电锅炉的规模为2×2.6MW，供暖系统供回水温度为：95/70℃。锅炉工作电压为：10kV。电锅炉在供暖季运行，非供暖季停运。
电锅炉运行方式：全负荷蓄热+部分负荷蓄热。全负荷蓄热简述：当某天实际供暖负荷≤设计供暖负荷的50%时，仅谷电时段运行，平电时段不运行，谷电时段蓄热砖的蓄热用于全天供热，此时间段约占整个供暖季的2/3时长；部分负荷蓄热简述：当某天实际供暖负荷＞设计供暖负荷的50%时，谷电和平电时段均运行，谷电和平电时段蓄热砖的蓄热用于全天供热，此时间段约占整个供暖季的1/3时长。
3.2 方案二：全负荷蓄热
电锅炉功率计算公式[4]：
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新建固体蓄热式电锅炉房1座，规模为2×5.2MW固体蓄热式电锅炉，供暖系统供回水温度为：95/70℃。锅炉工作电压为：10kV。电锅炉在供暖季运行，非供暖季停运。
电锅炉运行方式：全负荷蓄热（仅谷电时段运行，平电时段不运行），谷电时段蓄热砖的蓄热用于全天供热。
3.3 方案三：新建非蓄热式电锅炉房1座，锅炉房容量为4×1.6MW直热式电锅炉。供暖系统供回水温度为：95/70℃。锅炉工作电压为：380V，锅炉配套选用4×2500kVA变压器。电锅炉在供暖季运行，非供暖季停运。
电锅炉运行方式：电锅炉房内不设置蓄热水箱或水罐，电锅炉制备供暖热水的用电功率与场地的逐时用热负荷相匹配，即“随供随用”。
3.4 各方案技术投资运行分析
表1 各方案投资运行费用分析表
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由表1可得出方案一的静态投资回收期较短（以方案三作为基准，静态投资回收期约为2.3年），且蓄热能力利用率较高，并且可有效降低供电的峰值负荷，因此方案一为最佳方案。
4 结语
4.1 固体蓄热式电锅炉应用的优势
（1）固体蓄热式电锅炉适用电力富裕的地区，尤其是新疆、内蒙等新能源技术发电应用较多的地区。
（2）固体蓄热式电锅炉适用于执行峰谷电价的地区，且峰谷电价差值越高，其适用性越强。
（3）相比水蓄热系统，由于蓄热砖的比热容较大，蓄热温度可达到750℃，因此其蓄热体积仅为水蓄热系统的1/15，大大节省了占地面积和土建投资。
（4）固体蓄热式电锅炉可采用10kV、35kV甚至110kV电源直供，无需变压器等设备。
（5）相比水蓄热系统，系统较为简单，维修便利，基本实现无人值守。
（6）相比高温水承压蓄热系统，固体蓄热式电锅炉为常压系统，不属于压力容器，无需年审。
（7）零污染，绿色环保，国家地区政策大力支持。
4.2 制约固体蓄热式锅炉应用的因素分析
全负荷蓄热式锅炉所需的用电负荷较大，因此在采用全负荷蓄热式锅炉时，需校核项目的
[参考文献]
[1] 李燕.负荷的削峰填谷与电网的经济运行[J].电工电气，2011,2011（5）：42-44
[2] 汪卫华，张慧敏，陈方.用削峰填谷方法提高供电企业效益的分析[J].电网技术，2004，28（18）：79-81
[3] 清华大学DeST开发组.建筑环境系统模拟分析方法-DeST[M].北京：中国建筑工业出版社，2006
[4] JGJ158-2018，蓄能空调工程技术标准[S]
[5]陈鹏，罗勇.固体蓄热电锅炉循环风机低转速运行存在的问题及其对策[J].暖通空调，2019,2019（10）：83-84
作者简介：鱼亮( 1989—) ，男，陕西西安人，硕士研究生，工程师，主要从事选煤厂、露天矿及煤炭集运站的供暖通风、除尘设计工作。