基于棄風(fēng)或低谷電加熱的固體電蓄熱蒸汽裝置研究

李迪 王闖

【摘 ?要】棄風(fēng)或低谷電加熱的固體電蓄熱蒸汽裝置，是利用棄風(fēng)或低谷電加熱并儲(chǔ)存能量，通過(guò)換熱器將熱量傳遞到水中，生成蒸汽以滿足供暖及夏季制冷的要求。與同類系統(tǒng)相比，本裝置利用棄風(fēng)或低谷電加熱，可以全部消納棄風(fēng)電，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模和超大規(guī)模城市區(qū)域 24 小時(shí)連續(xù)供熱能力，替代目前廣泛使用的燃煤、燃?xì)?、燃油鍋爐。該裝置的使用過(guò)程中沒(méi)有任何廢氣、廢水、廢渣產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳零排放，是供熱領(lǐng)域環(huán)保升級(jí)換代產(chǎn)品。分析其經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保效益，結(jié)果表明，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益可觀，環(huán)保效益非常顯著。

【關(guān)鍵詞】棄風(fēng);低谷電;固體電蓄熱;蒸汽

0引言

近年來(lái)我國(guó)新能源得到了持續(xù)快速發(fā)展，同時(shí)，部分地區(qū)的棄風(fēng)日益嚴(yán)重，尤其是我國(guó)“三北”地區(qū)，由于燃煤熱電比例高，調(diào)峰電源建設(shè)條件差，冬季供暖期調(diào)峰困難，棄風(fēng)問(wèn)題嚴(yán)重，電力系統(tǒng)的新能源消納能力成為制約我國(guó)可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此，提高電能占終端能源消費(fèi)比重、提高電占煤炭消費(fèi)比重成為了我國(guó)能源發(fā)展的重中之重。

蒸汽在我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)和生活中占據(jù)著重要的地位，利用蒸汽進(jìn)行加熱、加濕，利用蒸汽與溴化鋰機(jī)組進(jìn)行酒店、商場(chǎng)等場(chǎng)所的夏季制冷，或在醫(yī)院等利用蒸汽進(jìn)行清洗、殺菌等作用。

1技術(shù)原理

固體電蓄熱蒸汽裝置利用棄風(fēng)或低谷電加熱并儲(chǔ)存能量，通過(guò)換熱器將熱量傳遞到水中，生成蒸汽以滿足供暖及制冷等要求。

10kV高壓電源經(jīng)由高壓電纜進(jìn)入10kV高壓配電室進(jìn)線計(jì)量柜、10kV饋出柜、10kV接觸器柜。固體電熱蓄能裝置由蓄熱體、電加熱絲組、保溫層組成蓄熱單元、蓄熱體由蓄熱磚砌筑而成，在磚孔中鋪設(shè)電加熱絲組，蓄熱體周圍包裹著保溫層，兩者之間縫隙為高溫風(fēng)道、低溫風(fēng)道。所述蒸汽換熱機(jī)組由換熱機(jī)組、水泵機(jī)組、蒸汽再熱輔助系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成供熱單元。

蒸汽再熱系統(tǒng)包括熱風(fēng)管束、蒸汽發(fā)生器、壓力傳感器、安全閥、混風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)。當(dāng)蓄熱體放熱到一定程度時(shí)，蒸汽換熱器不足以將循環(huán)水升溫至可溢出高溫高壓蒸汽，此時(shí)啟動(dòng)蒸汽再熱輔助系統(tǒng)，高溫循環(huán)風(fēng)經(jīng)由熱風(fēng)管束直接對(duì)蒸汽發(fā)生器中的循環(huán)水進(jìn)行加熱。

2設(shè)備優(yōu)勢(shì)

基于棄風(fēng)或低谷電的固體電蓄熱蒸汽裝置是固體電蓄熱裝置應(yīng)用的延伸，與同類型蒸汽發(fā)生器相比，它具有以下優(yōu)勢(shì)：①環(huán)境優(yōu)勢(shì)。由于采用電加熱儲(chǔ)能，在系統(tǒng)工作的整個(gè)過(guò)程中不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“電能代替”，是解決北方霧霾天氣的有效途徑之一。②改造成本低。供熱系統(tǒng)的末端管網(wǎng)，即用戶側(cè)供熱管網(wǎng)與燃煤鍋爐相同，不需要額外進(jìn)行改造，可最大限度地降低建設(shè)成本。③占地面積小，建設(shè)靈活。與燃煤供熱需要大面積的儲(chǔ)煤場(chǎng)相比，固體電蓄熱設(shè)備占地面積小，而且可根據(jù)負(fù)荷的分布實(shí)現(xiàn)容量與位置的靈活布置。④電網(wǎng)友好型。采用棄風(fēng)棄光電或低谷電加熱并進(jìn)行儲(chǔ)熱，有效地轉(zhuǎn)移了盈余的峰谷電力，對(duì)于提高地區(qū)可再生能源消納能力，降低棄風(fēng)棄光率具有顯著作用。⑤負(fù)荷穩(wěn)定可調(diào)。一般工業(yè)蒸汽用戶對(duì)蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定性及可控性要求較高，其他儲(chǔ)熱技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)。固體電蓄熱供熱系統(tǒng)采用風(fēng)作為傳熱蓄熱介質(zhì)，可以根據(jù)用戶側(cè)負(fù)荷需求靈活控制風(fēng)量，從而實(shí)現(xiàn)輸出負(fù)荷穩(wěn)定可調(diào)的目的，這是其他蒸汽技術(shù)無(wú)法比擬的[1]。

3應(yīng)用前景

3.1供暖和工業(yè)供熱

首先，在北方采暖季，燃煤供暖是造成霧霾的主要因素之一，如何解決霧霾是近年各界關(guān)注的問(wèn)題;其次，工業(yè)企業(yè)是能源消費(fèi)大戶，能源消費(fèi)量約占全國(guó)能源消費(fèi)總量的70%，但由于工業(yè)用戶對(duì)蒸汽參數(shù)穩(wěn)定性和可調(diào)性的要求，使其他儲(chǔ)能技術(shù)在工業(yè)上很難應(yīng)用?；跅夛L(fēng)棄光電或低谷電的固體電蓄熱系統(tǒng)代替燃煤鍋爐進(jìn)行供暖供熱，是緩解北方地區(qū)冬季空氣污染，實(shí)現(xiàn)電能替代和削峰填谷，促進(jìn)棄風(fēng)棄光電和低谷電消納的有效手段。產(chǎn)生的高溫蒸汽可以用于工業(yè)上制煙、制藥等多個(gè)產(chǎn)業(yè)[2]。

3.2夏季制冷

在炎熱的夏季，大型的酒店、賓館、商場(chǎng)等場(chǎng)所都需要空調(diào)制冷，利用蒸汽與溴化鋰機(jī)組相結(jié)合，在溴化鋰吸收式制冷中，水作為制冷劑，溴化鋰作為吸收劑。溴化鋰吸收式制冷機(jī)主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、換熱器、循環(huán)泵等幾部分組成。在溴化鋰吸收式制冷機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)溴化鋰水溶液在發(fā)生器內(nèi)受到熱媒水的加熱后，溶液中的水不斷汽化;隨著水的不斷汽化，發(fā)生器內(nèi)的溴化鋰水溶液濃度不斷升高，進(jìn)入吸收器;水蒸氣進(jìn)入冷凝器，被冷凝器內(nèi)的冷卻水降溫后凝結(jié)，成為高壓低溫的液態(tài)水;當(dāng)冷凝器內(nèi)的水通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)，急速膨脹而汽化，并在汽化過(guò)程中大量吸收蒸發(fā)器內(nèi)冷媒水的熱量，從而達(dá)到降溫制冷的目的;在此過(guò)程中，低溫水蒸氣進(jìn)入吸收器，被吸收器內(nèi)的溴化鋰水溶液吸收，溶液濃度逐步降低，再由循環(huán)泵送回發(fā)生器，完成整個(gè)循環(huán)。如此循環(huán)不息，連續(xù)制取冷量。由于溴化鋰稀溶液在吸收器內(nèi)已被冷卻，溫度較低，為了節(jié)省加熱稀溶液的熱量，提高整個(gè)裝置的熱效率，在系統(tǒng)中增加了一個(gè)換熱器，讓發(fā)生器流出的高溫濃溶液與吸收器流出的低溫稀溶液進(jìn)行熱交換，提高稀溶液進(jìn)入發(fā)生器的溫度。

以溴化鋰水溶液為工質(zhì)，有以下有點(diǎn)：無(wú)臭、無(wú)毒、無(wú)害，有利于滿足環(huán)保要求;制冷范圍調(diào)節(jié)廣;對(duì)外界條件變化的適應(yīng)性強(qiáng);制冷劑在真空狀態(tài)下運(yùn)行，無(wú)高壓爆炸危險(xiǎn)，安全可靠。

4結(jié)論

本文提出的棄風(fēng)棄光或低谷電加熱的固體電蓄熱蒸汽裝置，替代傳統(tǒng)燃煤機(jī)組來(lái)產(chǎn)生蒸汽以供居民生活供暖及工業(yè)生產(chǎn)用。無(wú)需消耗新的能源，不產(chǎn)生煙塵、SO2 和 NOx 等污染物，從而改善了環(huán)境空氣質(zhì)量，不產(chǎn)生溫室氣體 CO2，從而降低溫室效應(yīng)，具有可觀的環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許杰.北京郊區(qū)“煤改電”的現(xiàn)狀以及建議推動(dòng)的工作方向[J].暖通空調(diào)，2015（E12）：20-22.

[2] 孫勇，嚴(yán)干貴，鄭太一，封科等.電力市場(chǎng)背景下蓄熱式電采暖消納棄風(fēng)的經(jīng)濟(jì)性分析[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)，2016，5（04）：532-538.

（作者單位：沈陽(yáng)蘭昊新能源科技有限公司）