电锅炉蓄热技术在北方地区的应用分析

电锅炉蓄热技术在北方地区的应用分析摘要：介绍了电锅炉固体蓄热技术应用的现状、设计原理、蓄热载体的选择、高温蓄热系统以及自控系统等，并以北京住宅为例分析了蓄热技术应用和运行费用的可行性。关键词：低谷电价；固体蓄热技术；电锅炉；运行费1．引言固体蓄热式电锅炉，不仅可以享受到峰谷电价和国家的优惠政策，而对于能量的有效利用和节能也非常有意义。根据国家“十·五”计划，今后五年我国能源消费年均增长约3.26%，煤炭将下降3.88%，发电量年均增长约5.08%，水电、核电、天然气等清洁能源的比重达到17.88%，提高5.6%。根据国际能源机构预测，到2007年全球新能源和可再生能源的比例，将发展到世界能源构成的54%以上。可以说电做为热源比油、气、煤有着更广阔的前景。根据目前了解到的可靠信息，在山东乳山、荣城等城市国家正在建设核发电站。青岛、威海、烟台、日照、南京、上海等很多的城市投入巨资建设风力发电站。国家投入巨资建设的长江三峡，黄河小浪底等大型水力发电站，以及现在正在全球讨论和研发的太阳能蓄能技术。这些都在意味着国家对洁净、环保、节能等电力的开发和利用。电力作为最环保的能源在各国家都在使用。中国针对这些电能的开发，是为了有效利用再生能源和控制稀有资源，相对出台了《中华人民共和国可再生能源法》。相对电力能源的开发和建设，电力能源的使用同时也出现了浪费现象。这就是低谷电的使用。在国外低谷电有效的进行了使用。我们国家针对低谷电的使用相对比较晚，主要原因是在技术方面和国家政策方面的滞后。现在通过国家发改委和电业部门及环保部门的大力支持和政策方面的落实，对于蓄能的使用起到了很大的促进作用。市场前景一片光明。资源蓄热技术能够使能源得到合理有效的利用，通过控制技术，它可以按照系统所需要的热量提供给用户，不存在浪费的现象。首先电锅炉本身功率调节非常灵活方便，相比煤、气、油锅炉在能量有效利用方面具有优势。目前在我国北方很多地区，冬季采暖供热过剩现象极为严重，有些地方甚至出现“屋外数九寒天，屋内只穿衬衣仍在昌汗”的情景。如采用电锅炉蓄热技术，系统可以根据负荷预测或以往的经验，在不同热负荷日，设定不同的供水温度，根据时间及温度设定，系统进行自动调节。2电锅炉蓄热技术2．1蓄热技术现状对于电锅炉蓄热系统设计，主要是从技术可行、投资、经济性等几个方面考虑。由于蓄热技术产生的历史较短，至今为止国家尚未有规范性的文件出台。蓄热技术发展良莠不齐，造成国内部分蓄热系统运行情况欠佳，但也不乏有很多成功的典范。青岛西泰能源科技有限公司于2006年引进了英国和韩国的蓄热技术，研究并开发了MgO固体蓄热技术，获得了世界能源器具发明家协会金奖，并获得了国际专利，通过了瑞典Vattenfal认证和韩国电力研究所KERL品质认证等多项认证。2．2蓄热系统原理结构图蓄热电锅炉系统原理结构图如图1所示。1－1图该系统具有以下特点：1．MgO压缩砖是非导体，在国内目前唯一一家使用本材料；其寿命25年左右；2．其蓄热温度高达800℃，世界上最小的同等蓄热量蓄热电锅炉，占地面积仅为水蓄暖的十分之一，传统锅炉的四分之一；3．采用核工业专用的耐高温，耐火隔热保温材料；4．全自动智能检测节能电子控制系统；无须人员管理；5．热效率高达95－98％；6．安装简单，安全可靠；7．无需安装备用锅炉；2．3蓄热载体的选择目前蓄热技术根据热载体不同主要分为水蓄热和固体材料蓄热两种，但就目前技术分析，固体材料蓄热载体是最为理想和可行的。所谓水蓄热就是将水加热到一定的温度，使热能以显热的形式蓄存在水中，当需要使用时，再将其释放出来提供采暖或直接作为热水供人们使用。一般来说，水的蓄热温度为40～130℃范围内。根据使用场合不同，对于生活用水，蓄热温度为40～70℃，可以直接提供使用；对于饮用开水，可以蓄至100℃；对于末端为风机盘管的空调系统，一般蓄热温度为90～98℃；对于末端为暖气片的采暖系统，蓄热温度为90～130℃或更高。但缺点就是占用建筑面积太大；保温效果差热效率低；控制系统繁琐，锅炉管理系统要求严格。固体材料蓄热装置就是把热量储存在MgO砖内，蓄热温度达到800℃。当需用使用时，再将其释放出来提供采暖和洗浴及生活用水使用。使用温度随意设定。2．4蓄热装置对于蓄热电锅炉系统，必须重点考虑蓄热装置内高温蓄热问题和高温材料使用问题。蓄热装置的温度设计和耐高温材料的选用是关键。通过国外的技术和材料解决了高温蓄热材料的问题，而且解决了高温加热元器件易损坏问题。这些设计方法在国内一些相关的文章中都有所介绍，就其高温材料的使用做出过分析。高温材料从蓄热砖到隔热材料；高温温度的自测控制系统；耐高温管路和水泵；汽化的热媒体混合罐技术及高温加热元器件等2．5高温蓄热系统。众所周知，在大气压力下，水的饱和温度是100℃。如果增加压力的话，便可得到其饱和温度相应于所加压力、温度超过100℃的高温水。对电锅炉蓄热水系统而言，如果蓄热温度超过100℃便可称之为高温蓄热系统。高温蓄热系统是一个闭式系统。但是固体蓄热蓄的是温度而不是水，所以不存在高压的问题，是常压状态。锅炉出水温度控制在95℃以下，所以使用与采暖和洗浴。通过对以上分析可以看出：a）高温蓄热系统为常压系统，蓄热装置无需要采用有压罐。系统内无需增设定压、泄压、安全保护等装置。b）虽然是高温度，但相应的管道及设备保温无需加厚，无需提高附属设施的承压承温要求。因为高温区全部在锅炉内部进行了解决；c）系统在蓄热过程的温升和释热过程的温降值很大（一般达700℃），一般系统就意味在蓄热和释热时要相应的膨胀泄水和降压补水过程，这些过程在西泰固体蓄热电锅炉的系统里面采用进口混合管进行了合理的处理，不存在上诉的问题。蓄热设备的投资可能因为蓄热能源的低廉价格而抵消，不是受机房面积限制，对于一些末端设备，如生活用水、风机盘管空调、洗浴、地暖、暖气片等一般推荐采用常温蓄热。2．6自控系统自控装置与系统是组成蓄热系统的关键部分，自控设备均工作在条件相对恶劣的环境中，电动阀、传感元件均需在相对高温下工作，故自控装置采用进口设备较为可靠。自控设备与器件包括：传感检测元件、电动阀、系统控制柜。整个系统的工业级可编程序控制器为核心，实现自动化控制。下位机和触摸屏在现场可以进行系统控制、参数设置和数据显示。2．6．1控制功能蓄热控制系统通过对电锅炉、蓄热装置、板式热交换器、水泵、管路调节阀进行控制，调整蓄热与放热的运行工况，在最经济的情况下给末端提供一稳定的供水温度。根据季节和机器运行情况，自控系统具备以下工况转换功能：a）电锅炉蓄热同时供热模式；b）电锅炉单独供热模式；c）蓄热装置单独供热模式；d）电锅炉与蓄热装置联合供热模式。控制系统通过对系统进行运行监控、参数修改、数据采集等，让用户得到更好的服务。内容可扩展、参数可修改，通过通讯接口实现与楼宇系统的控制一体化，节约投资、方便管理。3北方地区蓄热分析3．1高寒地区采暖负荷特点高寒地区年平均气温在-4～+4℃，取暖天数为120天左右。采暖热负荷与室内外计算温差有关，对于办公类性质的建筑，虽然夜间室内值班温度（0～5℃）相对室内设计温度（18～20℃）较低，但由于高寒地区室外采暖计算温度很低（一般在-20℃以下），造成该地区办公建筑夜间负荷也较大（一般大于40%设计负荷）。而住宅夜间按12℃温度取暖，负荷也在80%设计负荷左右。这样的逐时负荷特性采用蓄热式电锅炉非常理想，因为有较优惠的电价政策和蓄热电锅炉的自控系统。3．2电锅炉蓄热系统举例分析以下分别按北京20000m2住宅楼采用电锅炉蓄热为例，按照高温的蓄热模式，以及电锅炉优先和电锅炉避高峰运行的不同配置模式，对其设备配电功率，设备投资价格，运行费用进行对比分析。室内空气计算参数室外空气计算参数冬季夏季冬季夏季干球温度相对温度干球温度相对温度干球温度相对温度干球温度相对温度采暖18度60%-12.5度64%1－2表按照北京现行住宅设计日采暖负荷按50W/m2计算，夜间负荷为设计负荷的80%。高温蓄热供回温度按65℃/50℃，以此为依据进行系统配置。供热方案：准备用电锅炉作为采暖热源，采用蓄热电锅炉，利用晚间23:00-次日7:00低谷电，在直供的同时，蓄热用于白天正常采暖。3.3采暖选型依据a.采暖面积：20000m2b.设备运行电加热时间：夜间低谷电时段（23:00-次日7:00）c.采暖末端装置：暖气片、地暖、风机盘管等d.采暖供回水温度为：65-50℃e.冬季室内计算温度：t=18±2℃f.年采暖天数：120天g.设备动力电源：3相,380V/50HZ交流电4.采暖负荷计算：4.1采暖负荷计算：机组运行方式采用24小时连续供热，采暖热指标为50W/m2，耗热量：Q=S×q/1000(S:采暖面积m2；q：热指标W/m2)则负荷计算如下：采暖热负荷：Q=S×q/1000=20000×50/1000=1000KW4.2.采暖负荷分布：时段07:00-23:0016小时23:00-07:008小时小时需求量(KW/H)10001000总计(KWH)160008000小时实际需求量(KW/H)700800实际总量(KW)112006400合计：(KW/24h)176001－3表直供总设计负荷（23：00-7：00）：8000KW·h蓄能总设计负荷（7：00-23：00）：16000KW·h根据气候条件，50W/h为夜间最冷时需要的热量，而白天所需热量按70％计算即可，则蓄能时段的设计负荷按70％计算：则16000×70％=11200KW·h；而夜间电锅炉8小时持续供热，夜间热量按80%计算即可：则8000×80％=6400KW·h；运行负荷：11200+6400=17600KW5.锅炉房主要设备及报价编号名称规格参数单位数量产地单价（万元）价格(万元)1模块式蓄热锅炉额定功率200KW台11青岛2单台锅炉配置3一次循环泵台2格兰富含4电磁阀个4韩国含5控制系统个2英国含1－4表说明：1、本设备的供货范围，相当于涵盖了水箱蓄热电锅炉的锅炉，蓄热水箱，水箱与锅炉之间的一次循环泵、一次补水泵、变频器、电动调节阀，控制柜，配电柜。2、采用固体储热电锅炉，只需将外电源线，外系统的供回水管接上即可。6.锅炉运行方式采暖运行方式：晚上低谷时段（23:00-07:00）储热电锅炉蓄热，所蓄的热量供给整个建筑物的白天采暖及生活热水使用，晚上锅炉在蓄热的同时进行直供，保证建筑物夜间的低温供暖。时段23：00-7：00谷电时段7：00-8：00平电时段8：00-11：00峰电时段11：00-18：00平电时段18：00-23;00峰电时段锅炉运行，蓄热的同时进行放热锅炉停用，进行放热锅炉停用，进行放热锅炉停用，进行放热锅炉停用，进行放热1－5表6.1固体储热电锅炉运行方式为全自动运行，夜间23：00低谷时段自行启动加热，至早7：00锅炉停止加热，并锅炉可根据室外温度情况，自行调节出口水温，节省能源，使运行费用最低，当室外温度较高时，如果锅炉蓄的热量在白天没有全部释放，剩余热量可留第二天使用。6.2用户也可根据自己的需要，在不同的时段，设定不同的出口水温，锅炉可按用户的设置自动运行，较大的节省能源，降低运行费用。6.3北京冬季：寒冷漫长。冬季长达5个月，若以平均温0℃以下为严冬，则有3个月（12—2月）。隆冬1月份平原地区平均温为-4℃以下，山区低于-8℃，极端最低气温平原为-27.4℃。冬季降水量占全年降水量的2％，常出现连续一个月以上无降水（雪）记录。冬季虽寒冷干燥，但阳光却多，平均日照在6小时以上。6.4冬季采暖年使用天数按120天计算，将采暖日分为4部分，即设计负荷日、70%设计负荷日、50%设计负荷日、30%设计负荷日。根据北京地区日均气温趋势图估计达到设计负荷日的天数为15天，达到70%设计负荷日的天数为30天；50%负荷的时间占35天；30%负荷的时间占40天。6.5北京地区电力峰谷时段与电价如下（峰谷时段参照北京地区峰谷时段的数据）7:00-23:00；0.564元/kW/h23：00-7：00