電鍋爐蓄熱技術在北方地區(qū)的應用分析

1、電鍋爐蓄熱技術在北方地區(qū)的應用分析蓄熱 2009-05-06 13:54:20 閱讀63 評論0 字號：大中小 訂閱摘 要：介紹了電鍋爐固體蓄熱技術應用的現(xiàn)狀、設計原理、蓄熱載體的選擇、高溫蓄熱系統(tǒng)以及自控系統(tǒng)等，并以北京住宅為例分析了蓄熱技術應用和運行費用的可行性。 1引言 固體蓄熱式電鍋爐，不僅可以享受到峰谷電價和國家的優(yōu)惠政策，而對于能量的有效利用和節(jié)能也非常有意義。 根據(jù)國家“十·五”計劃，今后五年我國能源消費年均增長約3.26%，煤炭將下降3.88%，發(fā)電量年均增長約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(jù)國際能源機構預測，到200

2、7年全球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。可以說電做為熱源比油、氣、煤有著更廣闊的前景。 根據(jù)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力發(fā)電站。國家投入巨資建設的長江三峽，黃河小浪底等大型水力發(fā)電站，以及現(xiàn)在正在全球討論和研發(fā)的太陽能蓄能技術。這些都在意味著國家對潔凈、環(huán)保、節(jié)能等電力的開發(fā)和利用。電力作為最環(huán)保的能源在各國家都在使用。 中國針對這些電能的開發(fā)，是為了有效利用再生能源和控制稀有資源，相對出臺了中華人民共和國可再生能源法。相對電力能源的開發(fā)和建設，電力能源的使用同時也出

3、現(xiàn)了浪費現(xiàn)象。這就是低谷電的使用。在國外低谷電有效的進行了使用。我們國家針對低谷電的使用相對比較晚，主要原因是在技術方面和國家政策方面的滯后?，F(xiàn)在通過國家發(fā)改委和電業(yè)部門及環(huán)保部門的大力支持和政策方面的落實，對于蓄能的使用起到了很大的促進作用。市場前景一片光明。 資源蓄熱技術能夠使能源得到合理有效的利用，通過控制技術，它可以按照系統(tǒng)所需要的熱量提供給用戶，不存在浪費的現(xiàn)象。首先電鍋爐本身功率調(diào)節(jié)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(qū)，冬季采暖供熱過?，F(xiàn)象極為嚴重，有些地方甚至出現(xiàn)“屋外數(shù)九寒天，屋內(nèi)只穿襯衣仍在昌汗”的情景。如采用電鍋爐蓄熱技術，系統(tǒng)

4、可以根據(jù)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(jù)時間及溫度設定，系統(tǒng)進行自動調(diào)節(jié)。 2 電鍋爐蓄熱技術 21蓄熱技術現(xiàn)狀 對于電鍋爐蓄熱系統(tǒng)設計，主要是從技術可行、投資、經(jīng)濟性等幾個方面考慮。由于蓄熱技術產(chǎn)生的歷史較短，至今為止國家尚未有規(guī)范性的文件出臺。蓄熱技術發(fā)展良莠不齊，造成國內(nèi)部分蓄熱系統(tǒng)運行情況欠佳，但也不乏有很多成功的典范。青島西泰能源科技有限公司于2006年引進了英國和韓國的蓄熱技術，研究并開發(fā)了mgo固體蓄熱技術，獲得了世界能源器具發(fā)明家協(xié)會金獎，并獲得了國際專利，通過了瑞典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(tǒng)具有以下

5、特點： 1mgo壓縮磚是非導體，在國內(nèi)目前唯一一家使用本材料；其壽命25年左右； 2其蓄熱溫度高達800，世界上最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(tǒng)鍋爐的四分之一； 3采用核工業(yè)專用的耐高溫，耐火隔熱保溫材料； 4全自動智能檢測節(jié)能電子控制系統(tǒng)；無須人員管理； 5熱效率高達9598； 6安裝簡單，安全可靠； 7無需安裝備用鍋爐； 23蓄熱載體的選擇 目前蓄熱技術根據(jù)熱載體不同主要分為水蓄熱和固體材料蓄熱兩種，但就目前技術分析，固體材料蓄熱載體是最為理想和可行的。 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，再將其釋放出來提供采暖或直

6、接作為熱水供人們使用。一般來說，水的蓄熱溫度為40130范圍內(nèi)。根據(jù)使用場合不同，對于生活用水，蓄熱溫度為4070，可以直接提供使用；對于飲用開水，可以蓄至100；對于末端為風機盤管的空調(diào)系統(tǒng)，一般蓄熱溫度為9098；對于末端為暖氣片的采暖系統(tǒng)，蓄熱溫度為90130或更高。但缺點就是占用建筑面積太大；保溫效果差熱效率低；控制系統(tǒng)繁瑣，鍋爐管理系統(tǒng)要求嚴格。 固體材料蓄熱裝置就是把熱量儲存在mgo磚內(nèi)，蓄熱溫度達到800。當需用使用時，再將其釋放出來提供采暖和洗浴及生活用水使用。使用溫度隨意設定。 24 蓄熱裝置 對于蓄熱電鍋爐系統(tǒng)，必須重點考慮蓄熱裝置內(nèi)高溫蓄熱問題和高溫材料使用問題。蓄熱裝置

7、的溫度設計和耐高溫材料的選用是關鍵。通過國外的技術和材料解決了高溫蓄熱材料的問題，而且解決了高溫加熱元器件易損壞問題。這些設計方法在國內(nèi)一些相關的文章中都有所介紹，就其高溫材料的使用做出過分析。 高溫材料從蓄熱磚到隔熱材料；高溫溫度的自測控制系統(tǒng)；耐高溫管路和水泵；汽化的熱媒體混合罐技術及高溫加熱元器件等 25 高溫蓄熱系統(tǒng)。 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，便可得到其飽和溫度相應于所加壓力、溫度超過100的高溫水。對電鍋爐蓄熱水系統(tǒng)而言，如果蓄熱溫度超過100便可稱之為高溫蓄熱系統(tǒng)。高溫蓄熱系統(tǒng)是一個閉式系統(tǒng)。但是固體蓄熱蓄的是溫度而不是水，所以不存在高壓的問

8、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。 通過對以上分析可以看出： a）高溫蓄熱系統(tǒng)為常壓系統(tǒng)，蓄熱裝置無需要采用有壓罐。系統(tǒng)內(nèi)無需增設定壓、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需加厚，無需提高附屬設施的承壓承溫要求。因為高溫區(qū)全部在鍋爐內(nèi)部進行了解決； c）系統(tǒng)在蓄熱過程的溫升和釋熱過程的溫降值很大（一般達700），一般系統(tǒng)就意味在蓄熱和釋熱時要相應的膨脹泄水和降壓補水過程，這些過程在西泰固體蓄熱電鍋爐的系統(tǒng)里面采用進口混合管進行了合理的處理，不存在上訴的問題。 蓄熱設備的投資可能因為蓄熱能源的低廉價格而抵消，不是受機房面積限制，對于一

9、些末端設備，如生活用水、風機盤管空調(diào)、洗浴、地暖、暖氣片等一般推薦采用常溫蓄熱。 26 自控系統(tǒng) 自控裝置與系統(tǒng)是組成蓄熱系統(tǒng)的關鍵部分，自控設備均工作在條件相對惡劣的環(huán)境中，電動閥、傳感元件均需在相對高溫下工作，故自控裝置采用進口設備較為可靠。 自控設備與器件包括：傳感檢測元件、電動閥、系統(tǒng)控制柜。整個系統(tǒng)的工業(yè)級可編程序控制器為核心，實現(xiàn)自動化控制。下位機和觸摸屏在現(xiàn)場可以進行系統(tǒng)控制、參數(shù)設置和數(shù)據(jù)顯示。 261 控制功能 蓄熱控制系統(tǒng)通過對電鍋爐、蓄熱裝置、板式熱交換器、水泵、管路調(diào)節(jié)閥進行控制，調(diào)整蓄熱與放熱的運行工況，在最經(jīng)濟的情況下給末端提供一穩(wěn)定的供水溫度。 根據(jù)季節(jié)和機器運行

10、情況，自控系統(tǒng)具備以下工況轉(zhuǎn)換功能： a）電鍋爐蓄熱同時供熱模式； b）電鍋爐單獨供熱模式； c） 蓄熱裝置單獨供熱模式； d）電鍋爐與蓄熱裝置聯(lián)合供熱模式。 控制系統(tǒng)通過對系統(tǒng)進行運行監(jiān)控、參數(shù)修改、數(shù)據(jù)采集等，讓用戶得到更好的服務。內(nèi)容可擴展、參數(shù)可修改，通過通訊接口實現(xiàn)與樓宇系統(tǒng)的控制一體化，節(jié)約投資、方便管理。 3 北方地區(qū)蓄熱分析 31 高寒地區(qū)采暖負荷特點 高寒地區(qū)年平均氣溫在-4+4，取暖天數(shù)為120天左右。 采暖熱負荷與室內(nèi)外計算溫差有關，對于辦公類性質(zhì)的建筑，雖然夜間室內(nèi)值班溫度（05）相對室內(nèi)設計溫度（1820）較低，但由于高寒地區(qū)室外采暖計算溫度很低（一般在-20以下），

11、造成該地區(qū)辦公建筑夜間負荷也較大（一般大于40%設計負荷）。而住宅夜間按12溫度取暖，負荷也在80%設計負荷左右。這樣的逐時負荷特性采用蓄熱式電鍋爐非常理想，因為有較優(yōu)惠的電價政策和蓄熱電鍋爐的自控系統(tǒng)。 32 電鍋爐蓄熱系統(tǒng)舉例分析 以下分別按北京20000m2住宅樓采用電鍋爐蓄熱為例，按照高溫的蓄熱模式，以及電鍋爐優(yōu)先和電鍋爐避高峰運行的不同配置模式，對其設備配電功率，設備投資價格，運行費用進行對比分析。 室內(nèi)空氣計算參數(shù)室外空氣計算參數(shù) 冬季夏季冬季夏季 干球溫度相對溫度干球溫度相對溫度干球溫度相對溫度干球溫度相對溫度 采暖18度60%-12.5度64% 12表 按照北京現(xiàn)行住宅設計日采

12、暖負荷按50w/m2計算，夜間負荷為設計負荷的80%。 高溫蓄熱供回溫度按65/50，以此為依據(jù)進行系統(tǒng)配置。 供熱方案：準備用電鍋爐作為采暖熱源，采用蓄熱電鍋爐，利用晚間23:00-次日7:00低谷電，在直供的同時，蓄熱用于白天正常采暖。 3.3采暖選型依據(jù) a. 采暖面積：20000 m2 b. 設備運行電加熱時間：夜間低谷電時段（23:00-次日7:00） c. 采暖末端裝置：暖氣片、地暖、風機盤管等 d. 采暖供回水溫度為：65-50 e. 冬季室內(nèi)計算溫度：t=18±2 f. 年采暖天數(shù)：120天 g. 設備動力電源：3相,380v/50hz交流電 4.采暖負荷計算： 4.

13、1采暖負荷計算： 機組運行方式采用24小時連續(xù)供熱，采暖熱指標為50w/m2，耗熱量：q=s×q/1000(s:采暖面積m2；q：熱指標w/m2) 則負荷計算如下： 采暖熱負荷：q=s×q/1000=20000×50/1000=1000 kw 4.2.采暖負荷分布： 時段07:00-23:00 16小時23:00-07:00 8小時 小時需求量(kw/h)10001000 總計(kwh)160008000 小時實際需求量(kw/h)700800 實際總量(kw)112006400 合計：(kw/24h)17600 13表 直供總設計負荷（23：00-7：00）：8

14、000kw·h 蓄能總設計負荷（7：00-23：00）：16000 kw·h 根據(jù)氣候條件，50w/h為夜間最冷時需要的熱量，而白天所需熱量按70計算即可，則蓄能時段的設計負荷按70計算： 則16000×70=11200 kw·h； 而夜間電鍋爐8小時持續(xù)供熱，夜間熱量按80%計算即可： 則8000×80=6400 kw·h； 運行負荷：11200+6400=17600kw 5.鍋爐房主要設備及報價 編號名稱規(guī)格參數(shù)單位數(shù)量產(chǎn)地單價（萬元）價格(萬元) 1模塊式蓄熱鍋爐額定功率200kw臺11青島 2單臺鍋爐配置 3一次循環(huán)泵臺2格蘭

15、富含 4電磁閥個4韓國含 5控制系統(tǒng)個2英國含 14表 說明：1、本設備的供貨范圍，相當于涵蓋了水箱蓄熱電鍋爐的鍋爐，蓄熱水箱，水箱與鍋爐之間的一次循環(huán)泵、一次補水泵、變頻器、電動調(diào)節(jié)閥，控制柜，配電柜。 2、采用固體儲熱電鍋爐，只需將外電源線，外系統(tǒng)的供回水管接上即可。 6.鍋爐運行方式 采暖運行方式：晚上低谷時段（23:00-07:00）蓄熱電鍋爐蓄熱，所蓄的熱量供給整個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進行直供，保證建筑物夜間的低溫供暖。 時段23：00-7：00 谷電時段7：00-8：00 平電時段8：00-11：00 峰電時段11：00-18：00 平電時段18：0

16、0-23;00 峰電時段 鍋爐運行，蓄熱的同時進行放熱鍋爐停用，進行放熱鍋爐停用，進行放熱鍋爐停用，進行放熱鍋爐停用，進行放熱 15表 6.1固體蓄熱電鍋爐運行方式為全自動運行，夜間23：00低谷時段自行啟動加熱，至早7：00鍋爐停止加熱，并鍋爐可根據(jù)室外溫度情況，自行調(diào)節(jié)出口水溫，節(jié)省能源，使運行費用最低，當室外溫度較高時，如果鍋爐蓄的熱量在白天沒有全部釋放，剩余熱量可留第二天使用。 6.2用戶也可根據(jù)自己的需要，在不同的時段，設定不同的出口水溫，鍋爐可按用戶的設置自動運行，較大的節(jié)省能源，降低運行費用。 6.3北京冬季：寒冷漫長。冬季長達5個月，若以平均溫0以下為嚴冬，則有3個月（122月

17、）。隆冬1月份平原地區(qū)平均溫為-4以下，山區(qū)低于-8，極端最低氣溫平原為-27.4。冬季降水量占全年降水量的2，常出現(xiàn)連續(xù)一個月以上無降水（雪）記錄。冬季雖寒冷干燥，但陽光卻多，平均日照在6小時以上。 6.4冬季采暖年使用天數(shù)按120天計算，將采暖日分為4部分，即設計負荷日、70%設計負荷日、50%設計負荷日、30%設計負荷日。根據(jù)北京地區(qū)日均氣溫趨勢圖估計達到設計負荷日的天數(shù)為15天，達到70%設計負荷日的天數(shù)為30天；50%負荷的時間占35天；30%負荷的時間占40天。 6.5北京地區(qū)電力峰谷時段與電價如下（峰谷時段參照北京地區(qū)峰谷時段的數(shù)據(jù)） 7:00-23:00； 0.564元/kw/h 23：00-7：00 0.204元/kw/h 序號小時需求量(kw/24h)采暖日比例采暖日采暖量小計 (kw)年采暖量 (kw)費用合計 （元） 117600 注：本數(shù)據(jù)是按照24小時計算，要是按照實際采暖時間計算節(jié)能會更明顯。-9-710015264000北京低谷電0.204元/kw/h 2-7-7-47030369600 3-40 5035308000 403 3040211200 5 1152800235171.2 16表 按以上數(shù)據(jù)進行運行費計算，各類配置的投資及運用費用比較見表14表，運行費中不包含水泵等小功率設備耗電量。 7. 結語 7.1本分析結果對北京