電鍋爐蓄熱技術在北方地區(qū)的應用分析

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。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。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《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。電鍋爐本身功率調節(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，屋內只穿襯衣仍在昌汗”的情景。如采用電鍋爐蓄熱技術，系統(tǒng)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)進行自動調節(jié)。

2 電鍋爐蓄熱技術

2．1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，造成國內部分蓄熱系統(tǒng)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品質認證等多項認證。

該系統(tǒng)具有以下特點：

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(tǒng)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．全自動智能檢測節(jié)能電子控制系統(tǒng)；無須人員管理；

5．熱達95－98％；

6．安裝簡單，安全可靠；

7．無需安裝備用鍋爐；

2．3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接作為熱水供人們使用。一般來說，水的蓄熱溫度為40～130℃范圍內。根據(jù)使用場合不同，對于生活用水，蓄熱溫度為40～70℃，可以直接提供使用；對于飲用開水，可以蓄至100℃；對于末端為風機盤管的空調系統(tǒng)，一般蓄熱溫度為90～98℃；對于末端為暖氣片的采暖系統(tǒng)，蓄熱溫度為90～130℃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，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。

2．4 蓄熱裝置

對于蓄熱電鍋爐系統(tǒng)，考慮蓄熱裝置內高溫蓄熱問題和高溫材料使用問題。蓄熱裝置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

2．5 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，對于一些末端設備，如生活用水、風機盤管空調、洗浴、地暖、暖氣片等一般推薦采用常溫蓄熱。

2．6 自控系統(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。

2．6．1 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、管路調節(jié)閥進行控制，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(wěn)定的供水溫度。

根據(jù)季節(jié)和機器運行情況，自控系統(tǒng)具備以下工況轉換功能：

a）電鍋爐蓄熱同時供熱模式；

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(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。

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，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18：00-23;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

1－5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，自行調節(jié)出口水溫，節(jié)省能源，使運行費用低，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。

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(xiàn)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，對峰谷電價結構作出必要的調整。

7.2根據(jù)對比分析測算，結果采用低谷電價均比現(xiàn)行電價降低63%左右，住宅采暖運行費就與現(xiàn)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(guī)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(jié)約的運行費用可在1.5年左右收回。