固體電蓄熱鍋爐工作原理和優(yōu)勢

李春軼

長春黃金設(shè)計(jì)院有限公司 吉林 長春 130012

引言:作為當(dāng)今一種新型的電蓄熱清潔供暖系統(tǒng),電加熱式固體蓄熱設(shè)備充分利用規(guī)定的低谷時(shí)間段的廉價(jià)電能、風(fēng)能或太陽能等新型環(huán)保型能源。電將設(shè)備中的固體蓄熱材料加熱變成熱能并將熱能蓄存起來,在供電的高峰期間（電價(jià)最貴時(shí)間段）停止對(duì)設(shè)備加熱供電,繼續(xù)將之前蓄存的熱能通過介質(zhì)轉(zhuǎn)換置換出供給供暖系統(tǒng),設(shè)備向用戶提供所需熱能的同時(shí)進(jìn)行可持續(xù)蓄熱。電蓄熱鍋爐可充分利用谷電政策,從而達(dá)到降低系統(tǒng)運(yùn)行成本的目的,對(duì)于當(dāng)?shù)氐V山大氣污染的預(yù)防和治理有著及其重要的意義。

1 固體電蓄熱鍋爐的實(shí)際應(yīng)用

本項(xiàng)目為遼寧省某礦山新建廠房,礦區(qū)所在的地區(qū)以林業(yè)為主,固對(duì)自然環(huán)境保護(hù)要求較高。因當(dāng)?shù)厝狈τ?、氣資源,并享有用電補(bǔ)償政策,谷電時(shí)段為每天晚21時(shí)至第二天早7時(shí),共10小時(shí)。固采用一臺(tái)電加熱式固體蓄熱設(shè)備,鍋爐設(shè)備可處于一直不間斷地蓄熱保溫并同時(shí)向所需熱用戶不斷提供熱能狀態(tài)。具體實(shí)施的運(yùn)行方案如下:電鍋爐在夜間（21:00-7:00時(shí)間段）此時(shí)段設(shè)備開啟,因?yàn)樵O(shè)備處于低谷電時(shí)段,電價(jià)低廉,設(shè)備可將電能全部轉(zhuǎn)化成熱能并在蓄熱體內(nèi)儲(chǔ)存起來,夜間采用向用戶供熱能的同時(shí)進(jìn)行蓄熱的方式,此方式是利用了谷電時(shí)間段的電量（此時(shí)段價(jià)格最低）,用以保證了夜晚用戶需求供熱量的同時(shí),利用設(shè)備中固體蓄熱材料儲(chǔ)存白天（供電高峰期也就是電價(jià)最高時(shí)間段）所需的熱量,鍋爐在白天（也就是供電高峰期電價(jià)最高的時(shí)間段）時(shí)停止加熱運(yùn)行,不進(jìn)行供電（不開啟設(shè)備電轉(zhuǎn)化熱的功能）,僅開啟其輔助設(shè)備水泵等用電功率及低的一些設(shè)備,再根據(jù)熱用戶需要進(jìn)行分時(shí)間段地將設(shè)備蓄熱體中儲(chǔ)存的熱能轉(zhuǎn)換出來,將先前蓄存起來的熱能連續(xù)不斷的傳輸進(jìn)供暖系統(tǒng)中。本電蓄熱鍋爐電能通過介質(zhì)轉(zhuǎn)換置換出熱能后,存儲(chǔ)于電鍋爐內(nèi)的固體蓄熱材料中。儲(chǔ)存溫度范圍可達(dá)到大于500-800攝氏度。電鍋爐蓄熱體外層采用高效絕熱材料制作,使高溫蓄熱體和外部環(huán)境隔絕,從而可達(dá)到持續(xù)保證常溫狀態(tài)（也就是既絕熱又保溫的效果）。

1.1 系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測及調(diào)控

設(shè)備可通過PLC程序預(yù)先定好每個(gè)時(shí)段的的供暖溫度和供熱量,在用戶需求熱量供應(yīng)的時(shí)候,設(shè)備按照預(yù)先設(shè)定好的程序,通過自動(dòng)變頻風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),使空氣在密閉的蓄熱體和換熱室中進(jìn)行內(nèi)循環(huán),此過程為空氣在蓄熱體內(nèi)吸收熱量變成高溫的熱空氣（此時(shí)段固體蓄熱鍋爐只進(jìn)行蓄熱而不進(jìn)行放熱工作）,高溫?zé)峥諝庠趽Q熱室內(nèi)將換熱器中的介質(zhì)加熱而升溫,而后換熱室內(nèi)的被冷卻空氣再循環(huán)到蓄熱體中重新進(jìn)行吸熱,以此往復(fù)循環(huán)。被加熱后溫度升高的水由水泵將熱水提供到末端設(shè)備中。輸出的水溫度能持續(xù)保證恒溫狀態(tài)是采用了多種方式進(jìn)行調(diào)控,例如通過控制進(jìn)水和回水的溫度差、確保恒定的出水溫度、對(duì)系統(tǒng)總熱量的輸出進(jìn)行監(jiān)測等等。以上檢測數(shù)值需經(jīng)過鍋爐配套的中央控制系統(tǒng)PLC處理后,將所設(shè)定程序傳輸給自動(dòng)控制系統(tǒng),對(duì)設(shè)備進(jìn)行無人工全自動(dòng)、高精準(zhǔn)的調(diào)控。保證設(shè)備在谷值10小時(shí)內(nèi)進(jìn)行蓄能工作,并保證24小時(shí)都提供二次循環(huán)水出口溫度不低于80℃。

1.2 設(shè)備的保溫及維護(hù)

設(shè)備可分多個(gè)加熱單元組,加熱單元組通電后發(fā)熱來實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄熱池的升溫,設(shè)備可設(shè)計(jì)多組啟動(dòng)、停止按鈕,減少因啟動(dòng)功率過大對(duì)電網(wǎng)帶來的沖擊,同時(shí)也有利蓄電池的溫度調(diào)控,電加熱時(shí)間段和加熱溫度的控制（大于500攝氏度）可根據(jù)用戶的實(shí)際需要通過PLC系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定,設(shè)備可以根據(jù)設(shè)定值完全實(shí)行無人的自動(dòng)化控制運(yùn)行。蓄熱儲(chǔ)能設(shè)備采用了模塊化結(jié)構(gòu)保溫形式,設(shè)有易拆卸式的外殼,電熱結(jié)構(gòu)是由多組電熱組件組成,每一組電熱組件都可以進(jìn)行獨(dú)立工作,當(dāng)某組電熱組件發(fā)生故障時(shí)可隨時(shí)進(jìn)行拆除或與其它電熱組件重新組合,因此便于維修更換,且設(shè)備維修更換電阻絲時(shí)無需大量人工,外殼及模塊化保溫結(jié)構(gòu)可以輕易進(jìn)行組合拼裝并拆卸,并可以在極端時(shí)間之內(nèi)完成,不耽誤各個(gè)用戶的供熱,使其安全持續(xù)性更高、更可靠。本蓄熱鍋爐蓄熱材料采用的是高效重?zé)V材質(zhì),此材質(zhì)蓄熱能力高,電絕緣特性卓越,在滿足了高蓄能功效的基礎(chǔ)上,還可以保證對(duì)電熱材料的主、縱絕緣的防護(hù)效果。電蓄熱鍋爐的高壓絕緣系統(tǒng)采用的是高品質(zhì)絕緣蓄熱材料,即滿足了電氣絕緣要求,同時(shí)也可參與能量儲(chǔ)存的功能,確保高壓電氣的絕緣安全特性,在蓄熱體的內(nèi)部采用特殊的材料科學(xué)分部各個(gè)風(fēng)路,確保蓄熱材料進(jìn)行均勻有效的散熱,避免出現(xiàn)高溫死區(qū)現(xiàn)象,保障發(fā)熱材料的單位面積的熱負(fù)荷指標(biāo)的安全性能,從而能全面保障產(chǎn)品的安全、可靠及長壽命運(yùn)行。

1.3 系統(tǒng)的自動(dòng)化控制

本工程的電蓄熱鍋爐的控制系統(tǒng)對(duì)模式的要求較高,因此采用了自動(dòng)模式和高精準(zhǔn)的運(yùn)行模式,也同時(shí)可以采用手動(dòng)啟動(dòng)和停止模式,也可以根據(jù)實(shí)際情況預(yù)先設(shè)定啟動(dòng)和停止時(shí)間。鍋爐的啟動(dòng)和關(guān)閉程序可以通過人工手動(dòng)的形式完成。此外,也可以通過在計(jì)算機(jī)的PLC中央控制系統(tǒng)中設(shè)定好啟動(dòng)和關(guān)閉的運(yùn)行參數(shù),從而不需要操作人員去人為控制,極大地節(jié)省了人力成本。定時(shí)啟停要求工作人員要掌握用戶的實(shí)際能源需求,事先要掌握鍋爐的所有運(yùn)行參數(shù),并將這些參數(shù)預(yù)先設(shè)定完畢,鍋爐會(huì)按照事先設(shè)定好的參數(shù)完成工作指令。通過以上兩種方式都可以保證鍋爐能處于全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài),在滿足任何一個(gè)啟動(dòng)運(yùn)行條件的情況下,鍋爐會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)開啟程序,在滿足任一停止運(yùn)行條件的情況下,鍋爐又會(huì)啟動(dòng)停止程序,自動(dòng)停止運(yùn)行。電蓄熱鍋爐采用的是全方位多測點(diǎn),從溫度信號(hào)、光電信號(hào)、壓力信號(hào)及電氣信號(hào)等測點(diǎn),實(shí)行對(duì)環(huán)境、設(shè)備、電力等整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)控和控制,同時(shí)利用高新信息的控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)云數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和測控。

2 電蓄熱鍋爐與其它形式鍋爐對(duì)比:

下面對(duì)燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、直熱式電鍋爐、蓄熱式電鍋爐進(jìn)行一下比較,燃煤鍋爐熱效率為60%,鍋爐使用時(shí)間為10年,安全性能一般,嚴(yán)重污染大氣,鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)需定期加煤,需有資格證人員看管,還有排污、清灰渣、維修等費(fèi)用,綜合評(píng)價(jià)不可行;燃油鍋爐熱效率為80%,鍋爐使用時(shí)間為15年,危險(xiǎn)性大,輕度污染大氣,鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)需定期加油、加氣,可自動(dòng)運(yùn)行,需有資格證人員看管,還有排污、儲(chǔ)油、儲(chǔ)氣、維修等費(fèi)用,綜合評(píng)價(jià)可行;電鍋爐熱效率為98%,安全性能高,對(duì)大氣無污染,鍋爐可自動(dòng)運(yùn)行,操作簡便,可實(shí)現(xiàn)無人看守,僅有一些定期維修并更換組件的費(fèi)用,電鍋爐中直熱鍋爐采暖季每平方米能耗費(fèi)用遠(yuǎn)高于電蓄熱鍋爐,且直熱式電鍋爐使用時(shí)間為10年,蓄熱式電鍋爐使用時(shí)間為25年,綜合評(píng)價(jià)電蓄熱鍋爐為最佳選擇。

3 固體電蓄熱鍋爐的優(yōu)勢

此礦山采用固體電蓄熱式鍋爐的優(yōu)勢如下:固體電蓄熱式電鍋爐,它運(yùn)行過程中無需任何燃燒,也沒有二氧化硫、氮氧化合物等有害的氣體排放,沒有灰塵、煙霧排出,且沒有任何廢棄物的排放,因此,它是一種燃料清潔、無污染,為純綠色環(huán)保產(chǎn)品且無噪音、且占地面積小等優(yōu)點(diǎn)聚一身的環(huán)保設(shè)備,這也是其它鍋爐如燃煤、燃油、燃?xì)獾热计渌橘|(zhì)的鍋爐所無法相比的。電蓄熱鍋爐為模塊化組裝鍋爐,如電加熱組件、蓄熱材料體等核心部件均為模塊化設(shè)計(jì),并可隨時(shí)維修更換,在后期維護(hù)保養(yǎng)的過程中,人們也會(huì)因此而減少工作時(shí)間和工作難度。固體蓄熱系統(tǒng)充分利用了電能熱能轉(zhuǎn)換及固體蓄熱等核心技術(shù),將電能轉(zhuǎn)化為熱能并將熱能存儲(chǔ)起來,解決了以往人們很難儲(chǔ)存電能的現(xiàn)實(shí)問題。同時(shí),熱交換技術(shù)能有效地將熱能傳導(dǎo)出來,并將這種熱能以熱水形式的傳導(dǎo)出來,并通過管道將將熱能輸給制定用戶,從而提高這些儲(chǔ)存能量的可利用率,使利用率提升到95%以上,還可有利于根據(jù)天氣的變化從而進(jìn)行靈活調(diào)控。PLC編程技術(shù)和彩色觸摸屏形式的設(shè)計(jì)推動(dòng)了固體蓄熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話。在對(duì)話過程中,用戶可以直接觀察到設(shè)備的運(yùn)行情況,并根據(jù)用戶的要去來調(diào)整參數(shù)運(yùn)行來滿足客戶的實(shí)際需求。

4 結(jié)語

總體來說,固體谷電蓄熱設(shè)備是一種高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保、自動(dòng)化程度很高、并能實(shí)現(xiàn)無人操作可自動(dòng)調(diào)節(jié)、運(yùn)行安全可靠的新型電蓄熱設(shè)備。具有結(jié)構(gòu)簡單、儲(chǔ)能密度大、占地面積小、能量輸出穩(wěn)定、換熱效率高、運(yùn)行操作便捷等優(yōu)點(diǎn),采用電蓄熱鍋爐運(yùn)行后當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量相比其它地區(qū)有明顯提升。