低谷電相變儲熱技術在凈水廠中的應用

周楠楠，楊 旭

(1.天津泰達水業(yè)有限公司 天津300457；2.天津開發(fā)區(qū)三友新科技開發(fā)有限公司 天津300457)

0 引 言

天津開發(fā)區(qū)某凈水廠總建筑面積為28231m2，其中廠房一面積為19930m2；廠房二面積為4401m2；新建營房面積為3900m2。凈水廠廠房內設有自來水水池及輔助設備，為保證冬季水池內不結凍，廠房內裝有采暖系統(tǒng)，采用市政供熱系統(tǒng)作為熱源，末端采用散熱器(采暖收費單價為40元/m2)。

由于生產需求，廠房內溫度需使水池不結冰，一般保持在7℃以上，供暖所需熱量極少。然而市政供熱是按照采暖面積進行供暖期的統(tǒng)一收費，在采暖期室外溫度大于7℃、廠房不需要供暖時，仍需采暖交費，使得工廠付出高額的采暖費用，同時造成了大量熱能的浪費。

1 低谷電相變儲熱技術

1.1 技術原理

谷電時間段電鍋爐將一次系統(tǒng)水加熱成高溫熱水(90℃)，在維持車間防凍保溫采暖的同時將高溫熱水的熱量儲存到熱庫中，熱庫中的納米無機鹽由固態(tài)相變?yōu)橐簯B(tài)儲存潛熱熱量[1]；在峰電時間段熱庫中的無機鹽由液態(tài)相變?yōu)楣虘B(tài)釋放儲存的潛熱熱量給車間供暖；在平價電時間依據(jù)室外溫度及鍋爐出水溫度判斷鍋爐開啟臺數(shù)給熱庫充熱及車間采暖。個別極端天氣采用平電補充。

1.2 技術優(yōu)點

低谷電相變儲熱技術建設費用及運行費用顯著低于市政供暖，而且具備以下優(yōu)點：

①零排放，谷電應用，清潔環(huán)保；

②零風險，系統(tǒng)常壓運行，控制相對容易，安全可靠[2]。

③自動運行，智能化設計，實時自動調整運行狀態(tài)，以達到最優(yōu)動態(tài)節(jié)能。

④實時監(jiān)控，可通過節(jié)能系統(tǒng)監(jiān)控平臺，實時監(jiān)控項目運營數(shù)據(jù)。

⑤模塊化建設，可分期分批投入建設。

2 項目實施

凈水廠采用的是峰、谷、平電價付費，時間分布如表1所示。

表1 峰谷平用電時間及電價明細Tab.1 Electricity time and electricity price details of peak valley electricity

考慮凈水廠用電策略及運行管理等因素，本項目采用電采暖蓄熱系統(tǒng)對兩個廠房進行供暖改造，水廠辦公樓和老武警宿舍依舊采用市政供暖。蓄熱器采用鹽蓄熱設備，蓄熱體積為19m3。

圖1 改造后低谷電相變儲熱技術工藝示意圖Fig.1 Schematic diagram of low-valley electric phase change heat storage technology after transformation

采暖改造工程于2017年10月8日正式啟動，工程分為3部分，即鋪設采暖管道、建彩鋼房和安裝鹽蓄熱設備。由于氣溫逐漸轉涼，日間時長逐漸縮短，施工難度不斷加大，在保證工程安全、質量、進度的前提下，于11月4日完成辦公區(qū)域的采暖改造，12月7日實現(xiàn)鹽蓄熱設備手動運行，12月25日實現(xiàn)鹽蓄熱設備自動運行。改造后，將辦公區(qū)采暖與生產區(qū)供暖進行有效分離，生產區(qū)無人值守，采暖溫度要求不高，采用低谷電相變儲熱技術供暖，滿足室內溫度7℃以上標準，實現(xiàn)了整個水廠分區(qū)域、分時段供暖。改造后低谷電相變儲熱技術工藝如圖1所示。

3 采用低谷電相變儲熱技術的經(jīng)濟效果

3.1 改造前市政采暖費用

由表2可知，2017年采暖收費標準改變后，凈水廠冬季采暖費用大幅度增加，相比原采暖費用，每月增加17.56萬元，每年增加87.8萬元。

3.2 采用低谷電相變儲熱技術供暖后費用核算

鹽蓄熱設備從2017年12月7日開始上電運行，截止2018年3月21日，合計耗電1159800kW·h。其中，2017年12月7日～2017年12月25日為手動運行階段，全天24h運行；2017年12月26日～2019年3月21日為自動運行階段，每天按照程序設定時段自動加熱。用電及費用情況如表3所示。

表2 市政新舊采暖收費標準Tab.2 Municipal old and new heating charge standard

表3 低谷電相變儲熱技術運行各階段耗電及費用情況Tab.3 Electricity consumption and cost at various stages of operation of low-valley electric phase change heat storage technology

由表3可知，2017年12月7日～2018年3月21日，供暖共105d，折合3個半月，運行總費用為705658元，平均每月費用201617元。

此外，辦公樓和老武警宿舍本采暖季每月市政供暖費用為31519.22元；水廠(含辦公區(qū)和生產區(qū))每月采暖費用為：201617+31519.22＝233136.22元。

3.3 低谷電相變儲熱技術改造前后費用對比分析

通過3.1和3.2兩部分的計算，得到低谷電相變儲熱技術改造后運行費用與按2017年采暖收費標準運行費用對比情況如表4所示。

表4 低谷電相變儲熱技術投運后費用比對Tab.4 Cost comparison after commissioning of low-valley electric phase change heat storage technology

由表4可以看出，改造后每月可節(jié)省費用為43.22-3.15-20.16＝19.91萬元，本采暖季節(jié)省費用為216.1-86.32＝129.78萬元。而且，由于本采暖季有18d進行設備上電調試，24h加熱，電耗較高，待明年平穩(wěn)運行，低谷電相變儲熱技術每月運行費用預估還會降低。

此外，鹽蓄熱設備后期每年維修維護成本約5萬元。

4 優(yōu)化運行探索

通過近一個采暖季的運行摸索，鹽蓄熱設備可以通過以下方式減少耗電量，節(jié)約運行成本：

①每年11月(供暖季伊始)，根據(jù)實際氣溫情況和車間7℃以上供暖需求，可延遲低谷電相變儲熱技術開機時間。

②每年3月，隨著氣溫的不斷回升，根據(jù)實際情況可提前關閉鹽蓄熱設備。

③低谷電相變儲熱分兩個時段加熱，平價電時段13：00～18：00和谷電時段23：00～次日7：00。平價電時段加熱按溫度控制(可調整)，谷電時段加熱按時間控制?？赏ㄟ^調整一次側供水溫度設定值，進而調整下午平價時段的加熱時長儲熱，達到采暖和節(jié)電的目的。

5 問題總結

①鹽蓄熱設備晚上加熱8h，不能滿足全天24h供暖需要；在下午平價電時段補熱5h，增加了大量運行成本。

②在設備安裝調試過程中，由于設備到貨時間未按預期落實，耽誤了10d時間，增加了采暖管線被凍壞的風險，耗費了大量的電能。

③鹽蓄熱設備加熱時，當溫度在28～33℃會出現(xiàn)超壓問題，通過整改基本解決，但是超壓問題還是會偶爾出現(xiàn)，表明還沒有從根本上得到控制。

④電鍋爐線纜加熱時，線纜轉角匯聚處溫度達40～50℃，通過使用雙層橋架散熱、三相電源線捆扎等方式進行整改，但是局部幾個位置溫度仍處在40～50℃范圍，沒有完全解決。在運行過程中存在安全隱患。