電鍋爐蓄熱技術(shù)在北方地區的應用分析

摘  要：介紹了電鍋爐固體蓄熱技術(shù)應用的現狀、設計原理、蓄熱載體的選擇、高溫蓄熱系統以及自控系統等，并以北京住宅為例分析了蓄熱技術(shù)應用和運行費用的可行性。固體蓄熱式電鍋爐，不僅可以享受到峰谷電價(jià)和國家的優(yōu)惠政策，而對于能量的有效利用和節能也非常有意義。

根據國家“十·五”計劃，今后五年我國能源消費年均增長(cháng)約3.26%，煤炭將下降3.88%，發(fā)電量年均增長(cháng)約5.08%，水電、核電、天然氣等清潔能源的比重達到17.88%，提高5.6%。根據國際能源機構預測，到2007年新能源和可再生能源的比例，將發(fā)展到世界能源構成的54%以上?？梢哉f(shuō)電做為熱源比油、氣、煤有著(zhù)更廣闊的前景。

根據目前了解到的可靠信息，在山東乳山、榮城等城市國家正在建設核發(fā)電站。青島、威海、煙臺、日照、南京、上海等很多的城市投入巨資建設風(fēng)力發(fā)電站。國家投入巨資建設的長(cháng)江三峽，黃河小浪底等大型水力發(fā)電站，以及現在正在討論和研發(fā)的太陽(yáng)能蓄能技術(shù)。這些都在意味著(zhù)國家對潔凈、環(huán)保、節能等電力的開(kāi)發(fā)和利用。電力作為環(huán)保的能源在各國家都在使用。

中國針對這些電能的開(kāi)發(fā)，是為了有效利用再生能源和控制稀有資源，相對出臺了《人民共和國可再生能源法》。相對電力能源的開(kāi)發(fā)和建設，電力能源的使用同時(shí)也出現了浪費現象。這就是低谷電的使用。在國外低谷電有效的進(jìn)行了使用。我們國家針對低谷電的使用相對比較晚，主要原因是在技術(shù)方面和國家政策方面的滯后?，F在通過(guò)國家發(fā)改委和電業(yè)部門(mén)及的大力支持和政策方面的落實(shí)，對于蓄能的使用起到了很大的促進(jìn)作用。市場(chǎng)前景一片光明。

資源蓄熱技術(shù)能夠使能源得到合理有效的利用，通過(guò)控制技術(shù)，它可以按照系統所需要的熱量提供給用戶(hù)，不存在浪費的現象。電鍋爐本身功率調節非常靈活方便，相比煤、氣、油鍋爐在能量有效利用方面具有優(yōu)勢。目前在我國北方很多地區，冬季采暖供熱過(guò)?，F象極為嚴重，有些地方甚至出現“屋外數九寒天，屋內只穿襯衣仍在昌汗”的情景。如采用電鍋爐蓄熱技術(shù)，系統可以根據負荷預測或以往的經(jīng)驗，在不同熱負荷日，設定不同的供水溫度，根據時(shí)間及溫度設定，系統進(jìn)行自動(dòng)調節。

2 電鍋爐蓄熱技術(shù)

2．1蓄熱技術(shù)現狀

對于電鍋爐蓄熱系統設計，主要是從技術(shù)可行、投資、經(jīng)濟性等幾個(gè)方面考慮。由于蓄熱技術(shù)產(chǎn)生的歷史較短，至今為止國家尚未有規范性的文件出臺。蓄熱技術(shù)發(fā)展良莠不齊，造成國內部分蓄熱系統運行情況欠佳，但也不乏有很多成功的。青島西泰能源科技有限公司于2006年引進(jìn)了英國和韓國的蓄熱技術(shù)，研究并開(kāi)發(fā)了MgO固體蓄熱技術(shù)，獲得了世界能源器具發(fā)明家協(xié)會(huì )金獎，并獲得了國際專(zhuān)利，通過(guò)了瑞典Vattenfal認證和韓國電力研究所KERL品質(zhì)認證等多項認證。

該系統具有以下特點(diǎn)：

1．MgO壓縮磚是非導體，在國內目家使用本材料；其壽命25年左右；

2．其蓄熱溫度高達800℃，世界上小的同等蓄熱量蓄熱電鍋爐，占地面積僅為水蓄暖的十分之一，傳統鍋爐的四分之一；

3．采用核工業(yè)的耐高溫，耐火隔熱保溫材料；

4．全自動(dòng)智能檢測節能電子控制系統；無(wú)須人員管理；

5．熱達95－98％；

6．安裝簡(jiǎn)單，安全可靠；

7．無(wú)需安裝備用鍋爐；

2．3蓄熱載體的選擇

目前蓄熱技術(shù)根據熱載體不同主要分為水蓄熱和固體材料蓄熱兩種，但就目前技術(shù)分析，固體材料蓄熱載體是為理想和可行的。

所謂水蓄熱就是將水加熱到一定的溫度，使熱能以顯熱的形式蓄存在水中，當需要使用時(shí)，再將其釋放出來(lái)提供采暖或直接作為熱水供人們使用。一般來(lái)說(shuō)，水的蓄熱溫度為40～130℃范圍內。根據使用場(chǎng)合不同，對于生活用水，蓄熱溫度為40～70℃，可以直接提供使用；對于飲用開(kāi)水，可以蓄至100℃；對于末端為風(fēng)機盤(pán)管的空調系統，一般蓄熱溫度為90～98℃；對于末端為暖氣片的采暖系統，蓄熱溫度為90～130℃或更高。但缺點(diǎn)就是占用建筑面積太大；保溫效果差熱效率低；控制系統繁瑣，鍋爐管理系統要求嚴格。

固體材料蓄熱裝置就是把熱量?jì)Υ嬖贛gO磚內，蓄熱溫度達到800℃。當需用使用時(shí)，再將其釋放出來(lái)提供采暖和洗浴及生活用水使用。使用溫度隨意設定。

2．4 蓄熱裝置

對于蓄熱電鍋爐系統，考慮蓄熱裝置內高溫蓄熱問(wèn)題和高溫材料使用問(wèn)題。蓄熱裝置的溫度設計和耐高溫材料的選用是關(guān)鍵。通過(guò)國外的技術(shù)和材料解決了高溫蓄熱材料的問(wèn)題，而且解決了高溫加熱元器件易損壞問(wèn)題。這些設計方法在國內一些相關(guān)的文章中都有所介紹，就其高溫材料的使用做出過(guò)分析。

高溫材料從蓄熱磚到隔熱材料；高溫溫度的自測控制系統；耐高溫管路和水泵；汽化的熱媒體混合罐技術(shù)及高溫加熱元器件等

2．5 高溫蓄熱系統。

眾所周知，在大氣壓力下，水的飽和溫度是100℃。如果增加壓力的話(huà)，便可得到其飽和溫度相應于所加壓力、溫度超過(guò)100℃的高溫水。對電鍋爐蓄熱水系統而言，如果蓄熱溫度超過(guò)100℃便可稱(chēng)之為高溫蓄熱系統。高溫蓄熱系統是一個(gè)閉式系統。但是固體蓄熱蓄的是溫度而不是水，所以不存在高壓的問(wèn)題，是常壓狀態(tài)。鍋爐出水溫度控制在95℃以下，所以使用與采暖和洗浴。

通過(guò)對以上分析可以看出：

a）高溫蓄熱系統為常壓系統，蓄熱裝置無(wú)需要采用有壓罐。系統內無(wú)需增設定壓、泄壓、安全保護等裝置。

b）雖然是高溫度，但相應的管道及設備保溫無(wú)需加厚，無(wú)需提高附屬設施的承壓承溫要求。因為高溫區全部在鍋爐內部進(jìn)行了解決；

c）系統在蓄熱過(guò)程的溫升和釋熱過(guò)程的溫降值很大（一般達700℃），一般系統就意味在蓄熱和釋熱時(shí)要相應的膨脹泄水和降壓補水過(guò)程，這些過(guò)程在西泰固體蓄熱電鍋爐的系統里面采用進(jìn)口混合管進(jìn)行了合理的處理，不存在上訴的問(wèn)題。

蓄熱設備的投資可能因為蓄熱能源的低廉價(jià)格而抵消，不是受機房面積限制，對于一些末端設備，如生活用水、風(fēng)機盤(pán)管空調、洗浴、地暖、暖氣片等一般推薦采用常溫蓄熱。

2．6 自控系統

自控裝置與系統是組成蓄熱系統的關(guān)鍵部分，自控設備均工作在條件相對惡劣的環(huán)境中，電動(dòng)閥、傳感元件均需在相對高溫下工作，故自控裝置采用進(jìn)口設備較為可靠。

自控設備與器件包括：傳感檢測元件、電動(dòng)閥、系統控制柜。整個(gè)系統的工業(yè)級可編程序控制器為核心，實(shí)現自動(dòng)化控制。下位機和觸摸屏在現場(chǎng)可以進(jìn)行系統控制、參數設置和數據顯示。

2．6．1 控制功能

蓄熱控制系統通過(guò)對電鍋爐、蓄熱裝置、板式熱交換器、水泵、管路調節閥進(jìn)行控制，調整蓄熱與放熱的運行工況，在經(jīng)濟的情況下給末端提供一穩定的供水溫度。

根據季節和機器運行情況，自控系統具備以下工況轉換功能：

a）電鍋爐蓄熱同時(shí)供熱模式；

b）電鍋爐單供熱模式；

c） 蓄熱裝置單供熱模式；

d）電鍋爐與蓄熱裝置聯(lián)合供熱模式。

控制系統通過(guò)對系統進(jìn)行運行監控、參數修改、數據采集等，讓用戶(hù)得到更好的服務(wù)。內容可擴展、參數可修改，通過(guò)通訊接口實(shí)現與樓宇系統的控制一體化，節約投資、方便管理。

6.鍋爐運行方式

采暖運行方式：晚上低谷時(shí)段（23:00-07:00）蓄熱電鍋爐蓄熱，所蓄的熱量供給整個(gè)建筑物的白天采暖及生活熱水使用，晚上鍋爐在蓄熱的同時(shí)進(jìn)行直供，建筑物夜間的低溫供暖。

時(shí)　段23：00-7：00

谷電時(shí)段7：00-8：00

平電時(shí)段8：00-11：00

峰電時(shí)段11：00-18：00

平電時(shí)段18：00-23;00

峰電時(shí)段

鍋爐運行，蓄熱的同時(shí)進(jìn)行放熱鍋爐停用，進(jìn)行放熱鍋爐停用，進(jìn)行放熱鍋爐停用，進(jìn)行放熱鍋爐停用，進(jìn)行放熱

1－5表

6.1固體蓄熱電鍋爐運行方式為全自動(dòng)運行，夜間23：00低谷時(shí)段自行啟動(dòng)加熱，至早7：00鍋爐停止加熱，并鍋爐可根據室外溫度情況，自行調節出口水溫，節省能源，使運行費用低，當室外溫度較高時(shí)，如果鍋爐蓄的熱量在白天沒(méi)有全部釋放，剩余熱量可留第二天使用。

6.2用戶(hù)也可根據自己的需要，在不同的時(shí)段，設定不同的出口水溫，鍋爐可按用戶(hù)的設置自動(dòng)運行，較大的節省能源，降低運行費用。

7.1如果采用電鍋爐蓄熱采暖，電鍋爐蓄熱采暖運行費用與現行的集中熱網(wǎng)的采暖收費標準有所降低；如果要使電鍋爐蓄熱采暖有競爭力，對峰谷電價(jià)結構作出必要的調整。

7.2根據對比分析測算，結果采用低谷電價(jià)均比現行電價(jià)降低63%左右，住宅采暖運行費就與現行集中熱網(wǎng)收費標準便宜很多，鍋爐蓄熱采暖有很大的競爭力。

7.3采用高溫蓄熱與常規蓄熱設備投資相差不大，能量守恒定律，；但蓄熱裝置占用建筑面積明顯減少，前者大約為后者10%左右。

7.4住宅建筑采用避峰運行模式配置較燃油鍋爐模式配置增加的投資，節約的運行費用可在1.5年左右收回。