1、一体化蓄热式动力装置的设计及经济效益分析【摘 要】阐述了一种电蓄热动力装置的系统结构、运行模式、以及采用本系统所产生的经济效益。提倡节能用电。 【关键词】蓄热；节能；环保；电锅炉；热能动力；动力装置；电控锅炉；清洁能源 引言 随着国民经济和电力建设的发展，电力供应紧张的局面趋于缓和，但大部分电厂还是不能满负荷发电，用电结构也不平衡，使得电力系统只能通过频繁的调峰来调整负荷，尤其是在夏季或冬季用电高峰期，矛盾更为突出。目前国家本着环保节能的态势，要求拆除原有的既浪费能源又污染环境的燃煤锅炉。电蓄热装置（锅炉）作为改善环境，节能的系统成为一种不可或缺的发展趋势。 蓄热式装置（电锅炉）技术就是针对以
2、上情况得以运用的。在夜间电力负荷以及电价低谷（只有白天的 1/3 左右电价）时系统运行，并将产生的热量储存起来，在次日用电高峰有热负荷需求时，由自控系统根据实际需要将热量释放出来，满足用户端的热需求，来时间用户侧用电的移峰调谷作用，达到均衡电网负荷，稳定电厂的机组负荷水平，改善机组运行效率，降低发电成本，利于电网安全稳定运行，起到节能环保的作用。同时对用户来说，可利用峰谷电价差及运行时间达到节省运行费用，大大降低主机设备及电力设备的装机容量和一次性投资。 1 蓄热式装置（电锅炉）的系统设计 这种蓄热工程技术的关键工艺设备是一体式蓄热电锅炉。所谓一体式，是指产生热量的电加热装置和蓄热装置制造成为
3、一个整体，集电加热、蓄热、热交换、控制为一体。在低谷电时段，用电把封闭在容器内的水加热到 148或更高，并储存在蓄热容器中，供用电高峰段使用，以达到完全避峰或减少用电高峰段用电量的目的，起到“削峰填谷”的作用，大大减少运行费用。为了提高蓄热效率和有效地最大限度地使用蓄热能量，保证蓄热质量，在一体式蓄热电锅炉内部结构上采用特殊的设计，解决了在蓄热量一定情况下，保持合理的汽/水空间比例，使锅炉筒体体积最小，因而占用空间最小，降低设备投资和土建投资的技术难题。其设计要素为： 1.1 设计、容量及安装位置的灵活性 容量可完全按照项目中建筑物动态负荷的要求和燃料的费用结构面决定。可根据不同的项目情况设计
4、为不同的非标容量，可安装在室内、屋顶、穿墙或完全室外，而起控制装置在集中控制中心，便于操作。 1.2 不需要维护 本系统采用封闭的压力容器，没有补给生水，使电热元件上结垢、矿物质沉淀、腐蚀等的可能性降到最低。并且活动部件很少，其机械可靠性非常高。其寿命比常规系统更长，一般可以达到 30 年。 1.3 控制灵活 系统没有水击、水锤声，运行安静。采用全自动化控制，作到无人操作。由于系统为整体性，现场只需要简单连接就可以投入使用。并且同一个系统可用于采暖、生活热水、工业工程等满足多种应用。可于各种能源控制系统进行连接。采用温度、压力、电气三种保护系统，确保安全运行。由于本系统温差较大，高达 98（相
5、对于回水温度） ，可选用各种温度且水温恒定，波动极小。 1.4 环保节能性 利用低谷电价的优惠政策降低了运行电费，还可以控制负荷、平衡各相关建筑物间的负荷。通过降低所选用的设备的输入电功率可节省基建投资。本系统无废气、废液、废渣产生，无噪音。 2 示例概况分析 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相变材料蓄热两种，但就目前技术分析，水作为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 40130范围内。根据使用场合不同，对于生活用
6、水，蓄热温度为 4070，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 9098；对于末端为暖气片的采暖系统，蓄热温度为 90130或更高，本系统设计为蓄热温度高达 148。 用水作为蓄热载体的优点：a）清洁；b）廉价；c）比热值高。温差T=50的 1m3 水所蓄存的热量约相当于相同体积的石蜡相变材料的潜热蓄热量。1m3 的水温升 50，其显热蓄热量为 209.34MJ，1m3 石蜡的潜热量为 205MJ。 2000 年 3 月 10 日，采用相变技术的蓄热电锅炉通过了河北省电力公司组织的技术鉴定，将相变技术用于蓄热电锅炉系统国内首创。该项目是
7、将相变材料放入水中，实测结果是 2h 内带相变材料的蓄热介质温度高7，蓄热介质的热含量增大了 11%，由此可见，相同供热面积蓄热罐体积可减少 11%。但是与水相比，一般相变材料不清洁，价高，而没有足够的优势。 2.3.1 电蓄热装置功率的确定 日平均采暖总负荷为 2648KW，蓄热时间为夜间低谷电 8 小时，蓄热系统电功率为：2648KW8H=331KW，设备选用 270KW 的电加热器共 2 组，共计 540KW。高峰负荷单组加热器供热量不足时，则两台加热器分级开启，每级 15KW，逐级加载。 （1）蓄热模式，该工况机组在谷电时间全力蓄热，制热量达2648kwh 时，自动停机，制得的热量储存
8、在系统压力容器内。 （2）主机单独供热模式，在热负荷高峰期间，当系统需要保存储热量或需要检修储热装置时，大楼的热负荷由热水主机提供。 （3）蓄热系统单独供热模式，当日负荷较小时，大楼的热负荷全部由蓄热系统提供，不需要开启热水主机。 操作人员可以通过 PLC 系统设定系统的运行模式。 2.3.4 电蓄热系统的电气智能化控制 蓄热供热是电热锅炉的亮点和特点，在控制方面，可归纳为如下几点： （1）加热时间控制，在低谷时段全功率投入，平电时段可选择半功率投入，而在高峰时段尽可能的零功率投入。 （2）储水容器的控制，对容器的水温、水位、压力等进行测控。 （3）水泵和阀组的控制，根据不同的蓄热和供热模式的
9、设计，其水泵和阀组应有不同的组合运行模式。 （4）节能控制，为了充分利用蓄热时段的有限热能，在供热时段，根据室外环境温度的变化和供热需求，调整其供热量，达到能量均匀分配，合理使用的目的。 4 结论 我国幅员辽阔，水力资源极其丰富，应该配备足量的电热蓄能设备用于工矿业企业和居民生活，使得电力移峰填谷，从而达到其他生态资源、改善生态环境，从这一意义上讲，电蓄热装置的应用前景是十分广阔的。 一体化蓄热系统是一种经济效益和社会效益都非常好的热源形式，使用电锅炉蓄热式系统，既能解决环保、消防、管理方面的问题，运行费用又能节约。在一些对环境要求高的地区和城市完全可以用电锅炉蓄热系统代替燃煤、燃油和燃气锅炉作为热源。 参考文献： 1吴喜平，蓄冷技术和蓄热电锅炉在空调中的应用，同济大学出版社，2000，12 月 2崔海亭，蓄热技术及其应用，化学工业出版社，2004，1 月 3李南，工程经济学，科学出版社出版，2000 4张仁远等，相变材料技术应用，科学出版社，2010，2 月 5王中铮，热能与动力机械基础，机械工业出版社，2008，2 月
