电锅炉集中管控系统在产业园区的设计与应用

● 沈阳汉富置业有限公司 吴 闯 沈阳清华锅炉有限公司 李攀科

1 项目背景

本项目位于辽宁沈阳市沈北新区道义经济技术开发区。园区共8个地块，总占地1200亩，规划建筑面积90万平方米，分3期开发。一期占地372亩，于2014年7月22日奠基，2016年2月交付使用。厂房类型包括单层钢结构厂房、二层或三层框架厂房。面积区间有600～1500平方米小型标准厂房、1500～3200平方米中型标准厂房及4000～5000平方米个性化定制厂房。二期以标准厂房、定制厂房、配套为主，规划建设商业、员工食堂、员工宿舍、会议中心等设施，为园区提供完善的内部配套。三期主要规划建设总部独栋及配套物流，为包装行业提供优质的全产业链服务。因该园区位于沈阳四环以外，集中供暖尚未覆盖，采暖问题一直是困扰该公司的难题。

2 国家政策及方案确定

最近几年环境污染愈来愈重，雾霾天气出现频率越来越高，严重影响了人们的生活质量，为此国家出台了相应的治理雾霾的管理办法。2016年5月国家八部委联合下发《推进电能替代指导意见》发改能源(2016)1054号，文中明确提出电能替代的重要意义，要求根据不同电能替代方式的技术经济特点，因地制宜，分步实施，逐步扩大电能替代范围，形成清洁、安全、智能的新型能源消费方式。国家能源局2016年12月23日要求进一步推进燃煤电厂“超低排放”行动计划、燃气供暖、电供暖、生物质能供暖、地热供暖，切实落实中央财经领导小组第十四次会议关于推进北方地区冬季清洁取暖要求，解决好人民群众普遍关心的冬季安全供暖及雾霾问题。

同时，辽宁省制定印发了《辽宁省供暖（供热）电力交易方案及规则》（辽经信电力[2016]140号，决定对电供暖用电实行优惠政策，考虑到电供暖季节性用电的特点，对供暖单位用电实行峰谷平分时电价，为减小供暖单位供暖设备的初始投资压力，降低运行成本，将低谷时段由原来7小时延长至10小时，即由22∶00～5∶00变更为21∶00～7∶00。综合各方面政策，蓄热电锅炉分散控制、集中管理的供暖方案成为该园区的优选方案。

该园区大部分企业为早9晚6工作制，电锅炉可将夜间低谷电的电能转化成热能储存起来，用于白天供暖或供热水使用，从而降低了用电费用，具有环保、节能、经济、安全、高效、无人值守等特点。考虑到该园区大部分为包装企业，没有专业的司炉工进行锅炉管理，该项目采用物业集中管理，业主自主管理或托管的运行模式。在本项目设计过程中引入了“互联网+”的发展理念，该项目中的设备均通过网络实现远程监控功能，实现了包括用电量、输出的温度、室内的温度、系统压力、系统流量等数据的收集，系统运行状态的实时监控，系统远程操作与控制，系统运行的智能化。

3 供暖系统及相关计算

该园区一期项目规划20万平方米，120套工业厂房，标准厂房面积600～3200平方米不等，按照户型规划，分别按600平方米、800平方米、1200平方米、1500平方米、3200平方米来选择电锅炉，计划选择60～250kW小型电锅炉共计 120台。 沈阳低谷时段为 21∶00～7∶00，蓄热时间按10小时计算。

供热设计基本数据：

采暖方式：暖气片；供暖时间：10h/天，Tg；蓄热时间：10h/天，Tx；供暖天数（d）：150 天；采暖设计热指标（qh）：60.63W/㎡；平均热负荷系数：0.5。

设计热负荷计算（Qs）

Qs=qh×Ao 其中Ao-供热面积

蓄热式锅炉装机负荷计算（Qz）

K-系统热损耗系数 η-效率

锅炉装机负荷计算情况见表1。

表1 锅炉装机负荷计算

4 系统自动控制部分

根据项目现场供热现状以及发展要求，提供一套完整的供热管控一体化解决方案。基于“集中管理，分散控制”的模式以及数字化、信息化的思想，着眼于“管控一体化”信息系统的建设，将多个电锅炉子系统进行整合，建立数据中心，实现各系统互联互通和数据共享，为企业生产管理提供依据。建立一个先进、可靠、高效、安全的集过程控制、监视并且具备良好开发性的智能管理供热平台，完成对整个供热工艺过程、全部生产设备以及用户供热状况的监测与自动控制，实现“现场无人值守，总站少人值班”的目标。

系统集中管理控制室采用SCADA系统，用户单台锅炉房采用西门子SmartS7-200PLC和昆仑通泰触摸屏，现场数据通过TCP/ip协议传送至集中管控中心。

系统包括现场层、数据采集存储层和分析展示层。现场层包括现场设备数据、用户的计量系统数据。数据存储采集层包括2台冗余的数据采集服务器、2台集群的数据库服务器、1台web应用服务器。分析展示层包括一个调度站、1个操作员站。

系统调度服务器采用KingSCADA软件，历史数据服务器采用KingHistorian软件，数据采集服务器采用KingIOserver服务器，报表及能源管理模块、远程采用模块、全网仿真及对比系统模块和关系型数据库SQLServer。系统可利用互联网搭建远端监控平台，业主可通过远端控制台及手机APP可对设备的运行情况实时监控，查询实时电费等。

5 技术经济分析

（1）运行费用分析。

该项目电锅炉的采用低谷蓄热，峰时段用热，平谷调热的运行方式，具体为：21∶00-7∶00（低谷电段）开启电锅炉，将蓄热水箱逐一加热；7∶00-11∶00（峰电段）关闭电锅炉，由蓄热水箱逐一向系统供热；11∶00-19∶00（平谷电段）根据室外温度，适当开启电锅炉。

电锅炉设计负荷按照夜间蓄热量能满足业主白天供热的需要，可以按照上述方式，若业主单天用热较多，可适当增加平电运行时间。一般而言，在冬季较寒冷的1～2个月每天适当采用1～2小时平电的运行方式比较经济，根据上述运行方式的新建的电锅炉供暖系统，既可以节约初投资，又可以适当控制运行费用。该工程的运行费用根据电锅炉的运行方式及供暖每天不同时段的用电计价确定。根据政府的用电政策，每天不同时段供暖用电计价方式为：

21∶00-7∶00 0.2798 元/kWh

7∶00-11∶00 0.6998 元/kWh

11∶00-19∶00 0.4898 元/kWh

19∶00-21∶00 0.6998 元/kWh

按该工程的运行方式，沈阳冬季供暖期为5个月，扣除节假日约120天，平均每天谷电10小时，整个供暖期的耗电费用如表2。

表2 供暖期的耗电费用

从表2可以看出，采用电锅炉蓄热式供暖，年运行费用约为26元/m2，远低于沈阳集中供暖的32元/m2的价格。

（2）投资成本分析。电锅炉蓄热式供暖与传统供暖方式初投资费用比较见表3。

表3 电锅炉蓄热式供暖与传统供暖方式初投资费用比较

电锅炉按谷电每天运行10小时，燃油、燃气按照每天运行10小时计算，燃煤锅炉按照每天运行24小时计算。以上燃油、燃气锅炉效率按照85%，燃煤效率按照70%计算，其中，锅炉操作工全年3人工资按照15万计算，煤的热量按照5500大卡/kg计算。由表3可以看出，燃煤锅炉虽然初投资及运行费用较低，但对环境污染严重，其使用受到限制；蓄热电锅炉初投资费用与燃油（气）锅炉相近，但运行费用约为燃油（气）锅炉运行费用的50%，并且无污染。

（3）项目效果分析。电锅炉蓄热式供暖采用分户计量，就是以一家一户为单位，通过独立控制的电锅炉控制系统，实现了单用户可以自己灵活的控制。这种方式比较灵活，可以根据业主的作息时间，温度需求设定电量表，使用多少交多少，使计费更加合理，经过计算，使用电锅炉蓄热式供暖运行费用要比集中供暖的运行费用少五分之一，使用效果还要好。

6 结束语

电取暖作为城市重要的能耗之一，在某种程度上成为改善大气环境质量的关键。而且，随着电锅炉的制造技术逐步提高，电的使用效率也越来越高，在某种程度上也成为了改善中国能源大环境的关键。随着电锅炉集中管控技术的逐步推广和应用，将对全国环境质量的改善起重大作用；同时也为原本困扰工程设计人员多年的高大建筑空间采暖问题找到了一个新的解决方案。