風(fēng)電供熱固體蓄熱電鍋爐容量選擇研究

劉宏

摘要：結(jié)合供熱實(shí)例，對(duì)同一供熱地點(diǎn)，在相同采暖熱負(fù)荷的條件下，采用不同容量的蓄熱電鍋爐，對(duì)采暖期用電量、購(gòu)電費(fèi)用等方面進(jìn)行分析研究，最后確定合理的蓄熱電鍋爐容量。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電供熱；固體蓄熱電鍋爐；容量選擇

1風(fēng)電供熱負(fù)荷

由于電網(wǎng)建設(shè)與電源建設(shè)不配套，導(dǎo)致蒙東電網(wǎng)是典型的“小負(fù)荷、大電源”送端型電網(wǎng)。現(xiàn)以蒙東某地區(qū)供熱面積為節(jié)能住宅（供熱設(shè)計(jì)熱指標(biāo)按照40W/㎡，以下簡(jiǎn)稱本工程）小區(qū)為例，在相同采暖熱負(fù)荷的條件下，采用不同容量的固體蓄熱電鍋爐，對(duì)采暖期用電量、購(gòu)電費(fèi)用等方面進(jìn)行分析研究，最后確定合理的蓄熱電鍋爐容量。

2固體蓄熱電鍋爐簡(jiǎn)介

固體蓄熱電鍋爐（裝置）供熱系統(tǒng)組成部分：①加熱單元。固體蓄熱電鍋爐（裝置）是一種把電能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備，它的核心部件是加熱元件，如陶瓷電熱體、碳鋼電熱體、不銹鋼電熱體等。倘若對(duì)加熱元件的質(zhì)量有要求的話可以采用稀有合金材料作為外套，并且進(jìn)行鈍化處理，以此避免腐蝕以及結(jié)垢，延長(zhǎng)加熱元件的使用壽命；②蓄熱池。蓄熱池主要用來(lái)存儲(chǔ)熱量，是在低谷電時(shí)段將加熱元件加熱，把電能轉(zhuǎn)化為熱能儲(chǔ)存正在蓄熱池中，固體蓄熱池一般由氧化鎂磚等固體材料按照所需形式擺放而成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝容易，易維護(hù)；③換熱系統(tǒng)：換熱系統(tǒng)是在供熱末端需要供熱時(shí)，通過(guò)風(fēng)機(jī)、熱交換器等進(jìn)行氣水換熱，將儲(chǔ)存在蓄熱池中的能量傳遞到水、乙二醇等介質(zhì)中，供末端用熱。這樣完全做到了水電分離，保證設(shè)備運(yùn)行安全；④循環(huán)水泵。循環(huán)水泵主要分為一次熱水泵與二次熱水泵。一定要對(duì)水泵的運(yùn)行溫度加以重視，選用專門(mén)的熱水泵；⑤閥門(mén)。在蓄熱電鍋爐系統(tǒng)中對(duì)閥門(mén)的需求量比較高，閥門(mén)不僅能夠發(fā)揮關(guān)斷以及調(diào)節(jié)功能，對(duì)于系統(tǒng)功能的轉(zhuǎn)換也會(huì)一定的作用，甚至個(gè)別部位需要使用電動(dòng)閥門(mén)。只有這樣才可以保證蓄熱電鍋爐供熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行；⑥自動(dòng)控制。固體蓄熱電鍋爐之所以能夠?qū)㈦娹D(zhuǎn)化為熱能，主要是配有較高自動(dòng)化的控制柜，這就會(huì)使在電加熱的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅如此，在節(jié)省電能以及能源方面都比其他的鍋爐更加突出。固體蓄熱電鍋爐供熱系統(tǒng)中經(jīng)常用到的自動(dòng)控制有：定時(shí)開(kāi)機(jī)停機(jī)、運(yùn)行參數(shù)設(shè)定、超溫、低水位等故障的報(bào)警與保護(hù)以及按照設(shè)定的程序自動(dòng)運(yùn)行等，保證用戶使用的安全性；⑦供配電。因?yàn)樾顭犭婂仩t沒(méi)有燃料系統(tǒng)，所以一定要具備較強(qiáng)的電力，這也是采用蓄熱電鍋爐的重要前提。因此，蓄熱電鍋爐必須要配置較大功率的供配電系統(tǒng)。用戶在采暖同時(shí)，也達(dá)到了節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用的目的。固體蓄熱式電鍋爐的重大創(chuàng)新在于采用固體儲(chǔ)熱材料和一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用固體儲(chǔ)能材料，大大提高了單位體積的蓄熱能力，對(duì)傳統(tǒng)鍋爐供熱系統(tǒng)帶來(lái)了革命性的突破，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的固體蓄熱電鍋爐型式，分為鐵基固體合金材料蓄熱和固體氧化鎂磚材料蓄熱。鐵基固體合金材料只能使用380V的低壓電源作為加熱電源，使用范圍受限。固體氧化鎂蓄熱材料是以氧化鎂為主要材料的磚體，其熔點(diǎn)為2540℃，沸點(diǎn)為3520℃，一般蓄熱溫度為700℃-800℃，該材料的密度為2.9g/cm3以上，比熱容為0.3cal/（kg.℃），可采用380V低壓電源、10KV/66KV高壓電源加熱，為目前最為廣泛應(yīng)用的固體蓄熱材料。本工程實(shí)例采用固體氧化鎂磚高溫蓄熱電鍋爐，最高蓄熱溫度達(dá)到720℃。

從電網(wǎng)公司電價(jià)政策可以看出，電網(wǎng)谷段電價(jià)最低，電鍋爐利用谷段蓄熱，能達(dá)到節(jié)約用電成本的目的。因此，考慮利用電網(wǎng)谷段時(shí)的棄風(fēng)電力，作為蓄熱電鍋爐的加熱用電，最為經(jīng)濟(jì)。

3蓄熱電鍋爐容量的選擇

合理的蓄熱電鍋爐容量選擇是在充分考慮大量利用谷段電力的同時(shí)采用部分量蓄熱，按照部分量蓄熱模式經(jīng)過(guò)合理優(yōu)化后，確定電鍋爐的總?cè)萘?。這樣，當(dāng)實(shí)際采暖熱負(fù)荷在平均采暖熱負(fù)荷以上時(shí)為部分量蓄熱，當(dāng)實(shí)際采暖熱負(fù)荷在平均采暖熱負(fù)荷以下時(shí)為全容量蓄熱，這樣既保證了采暖負(fù)荷要求又節(jié)約了設(shè)備初投資成本。

3.1蓄熱電鍋爐用電計(jì)算

通常情況下，與固體蓄熱電鍋爐配套建設(shè)的建筑物及附屬設(shè)施包括：電鍋爐設(shè)備間、水泵間、配電間、控制室、以及配置的相關(guān)附屬建筑物。電鍋爐設(shè)備間內(nèi)布置蓄熱電鍋爐本體，包括加熱元件、蓄熱池、風(fēng)機(jī)、氣水換熱器等，按照廠家要求可能布置電鍋爐控制柜；水泵間內(nèi)布置熱網(wǎng)循環(huán)水泵、排污過(guò)濾器、根據(jù)工程需要，若管網(wǎng)需要補(bǔ)水，還需設(shè)置熱網(wǎng)循環(huán)水處理裝置及熱網(wǎng)補(bǔ)水泵；必要的附屬建筑物包括控制室和配電間；附屬建筑物還需設(shè)置值班室、衛(wèi)生間及廚房等。由于每個(gè)工程的外圍條件都不同，因此本工程實(shí)例采暖期的用電量?jī)H根據(jù)固體蓄熱電鍋爐的取熱和放熱的用電量進(jìn)行對(duì)比。

熱力站通常位于建筑物附近，這樣能有效地減少熱能的損失。但風(fēng)電場(chǎng)大都位于城鎮(zhèn)的郊區(qū)部分，特殊的地理位置決定了無(wú)法通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)直供電給熱力站?，F(xiàn)有的運(yùn)行方式大都是風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電并入電網(wǎng)，熱力站直接從就近的電網(wǎng)終端桿取電。根據(jù)查表得出熱力站的采暖期用電量約1278.51×104KWh，其中利用電網(wǎng)低谷時(shí)段的棄風(fēng)電量約為1224.81×104kWh，按照裝設(shè)50MW風(fēng)電機(jī)組計(jì)算，熱力站整個(gè)采暖期的用電量約占風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的1/4左右，風(fēng)電場(chǎng)完全能夠滿足熱力站的用電要求，且相應(yīng)提高風(fēng)電場(chǎng)的年等效利用小時(shí)數(shù)約244.9h，形成的風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的。

3.2蓄熱電鍋爐容量的確定

一般情況下，固體蓄熱電鍋爐使用年限為20年，對(duì)于相同的供熱負(fù)荷，相同的供熱面積，蓄熱體的重量越大，其設(shè)備的尺寸就越大，熱力站廠房的體積就越大，相應(yīng)的投資就越大。通過(guò)上述在相同供暖熱負(fù)荷條件下的對(duì)比分析，結(jié)合相關(guān)用電電價(jià)政策，選擇不同容量的蓄熱電鍋爐，在采暖期的熱效率、用電量基本相同，只是在電價(jià)上有差異。

采用2×6.86MW固體蓄熱電鍋爐雖然能充分利用谷段電全容量蓄熱，但在廠房占地、設(shè)各成本、設(shè)各后期維護(hù)費(fèi)用都會(huì)相應(yīng)的增加。采用2×5.0MW固體蓄熱電鍋爐雖然節(jié)省了廠房占地和設(shè)備成本，但谷段電的利用率不高，未能充分利用谷段的低電價(jià)電量，使得整個(gè)采暖期內(nèi)的總電價(jià)過(guò)高。而采用2×6.0MW固體蓄熱電鍋爐，廠房占地上比大容量的蓄熱電鍋爐小，設(shè)備的成本費(fèi)用居中，而且充分利用谷段電。結(jié)合工程綜合造價(jià)和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用等因素考慮，選取容量為2×6.0MW的固體蓄熱電鍋爐最經(jīng)濟(jì)。

結(jié)束語(yǔ)

合理選擇蓄熱電鍋爐的容量至關(guān)重要，直接影響整個(gè)項(xiàng)目的造價(jià)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)。本文結(jié)合供熱工程實(shí)例，對(duì)同一供熱地點(diǎn)，在相同采暖熱負(fù)荷條件下，結(jié)合相關(guān)用電電價(jià)政策，選擇不同容量的蓄熱電鍋爐，對(duì)比分析了采暖期用電量、購(gòu)電費(fèi)用等要素，從而合理選擇了蓄熱電鍋爐容量，可以為類似工程提供借鑒。

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（作者單位：遼寧大元能源管理有限公司）