固體電蓄熱鍋爐工作原理和優勢

李春軼

長春黃金設計院有限公司 吉林 長春 130012

引言:作為當今一種新型的電蓄熱清潔供暖系統,電加熱式固體蓄熱設備充分利用規定的低谷時間段的廉價電能、風能或太陽能等新型環保型能源。電將設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（電價最貴時間段）停止對設備加熱供電,繼續將之前蓄存的熱能通過介質轉換置換出供給供暖系統,設備向用戶提供所需熱能的同時進行可持續蓄熱。電蓄熱鍋爐可充分利用谷電政策,從而達到降低系統運行成本的目的,對于當地礦山大氣污染的預防和治理有著及其重要的意義。

1 固體電蓄熱鍋爐的實際應用

本項目為遼寧省某礦山新建廠房,礦區所在的地區以林業為主,固對自然環境保護要求較高。因當地缺乏油、氣資源,并享有用電補償政策,谷電時段為每天晚21時至第二天早7時,共10小時。固采用一臺電加熱式固體蓄熱設備,鍋爐設備可處于一直不間斷地蓄熱保溫并同時向所需熱用戶不斷提供熱能狀態。具體實施的運行方案如下:電鍋爐在夜間（21:00-7:00時間段）此時段設備開啟,因為設備處于低谷電時段,電價低廉,設備可將電能全部轉化成熱能并在蓄熱體內儲存起來,夜間采用向用戶供熱能的同時進行蓄熱的方式,此方式是利用了谷電時間段的電量（此時段價格最低）,用以保證了夜晚用戶需求供熱量的同時,利用設備中固體蓄熱材料儲存白天（供電高峰期也就是電價最高時間段）所需的熱量,鍋爐在白天（也就是供電高峰期電價最高的時間段）時停止加熱運行,不進行供電（不開啟設備電轉化熱的功能）,僅開啟其輔助設備水泵等用電功率及低的一些設備,再根據熱用戶需要進行分時間段地將設備蓄熱體中儲存的熱能轉換出來,將先前蓄存起來的熱能連續不斷的傳輸進供暖系統中。本電蓄熱鍋爐電能通過介質轉換置換出熱能后,存儲于電鍋爐內的固體蓄熱材料中。儲存溫度范圍可達到大于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境隔絕,從而可達到持續保證常溫狀態（也就是既絕熱又保溫的效果）。

1.1 系統運行參數的監測及調控

設備可通過PLC程序預先定好每個時段的的供暖溫度和供熱量,在用戶需求熱量供應的時候,設備按照預先設定好的程序,通過自動變頻風機的運轉,使空氣在密閉的蓄熱體和換熱室中進行內循環,此過程為空氣在蓄熱體內吸收熱量變成高溫的熱空氣（此時段固體蓄熱鍋爐只進行蓄熱而不進行放熱工作）,高溫熱空氣在換熱室內將換熱器中的介質加熱而升溫,而后換熱室內的被冷卻空氣再循環到蓄熱體中重新進行吸熱,以此往復循環。被加熱后溫度升高的水由水泵將熱水提供到末端設備中。輸出的水溫度能持續保證恒溫狀態是采用了多種方式進行調控,例如通過控制進水和回水的溫度差、確保恒定的出水溫度、對系統總熱量的輸出進行監測等等。以上檢測數值需經過鍋爐配套的中央控制系統PLC處理后,將所設定程序傳輸給自動控制系統,對設備進行無人工全自動、高精準的調控。保證設備在谷值10小時內進行蓄能工作,并保證24小時都提供二次循環水出口溫度不低于80℃。

1.2 設備的保溫及維護

設備可分多個加熱單元組,加熱單元組通電后發熱來實現對蓄熱池的升溫,設備可設計多組啟動、停止按鈕,減少因啟動功率過大對電網帶來的沖擊,同時也有利蓄電池的溫度調控,電加熱時間段和加熱溫度的控制（大于500攝氏度）可根據用戶的實際需要通過PLC系統進行設定,設備可以根據設定值完全實行無人的自動化控制運行。蓄熱儲能設備采用了模塊化結構保溫形式,設有易拆卸式的外殼,電熱結構是由多組電熱組件組成,每一組電熱組件都可以進行獨立工作,當某組電熱組件發生故障時可隨時進行拆除或與其它電熱組件重新組合,因此便于維修更換,且設備維修更換電阻絲時無需大量人工,外殼及模塊化保溫結構可以輕易進行組合拼裝并拆卸,并可以在極端時間之內完成,不耽誤各個用戶的供熱,使其安全持續性更高、更可靠。本蓄熱鍋爐蓄熱材料采用的是高效重燒鎂材質,此材質蓄熱能力高,電絕緣特性卓越,在滿足了高蓄能功效的基礎上,還可以保證對電熱材料的主、縱絕緣的防護效果。電蓄熱鍋爐的高壓絕緣系統采用的是高品質絕緣蓄熱材料,即滿足了電氣絕緣要求,同時也可參與能量儲存的功能,確保高壓電氣的絕緣安全特性,在蓄熱體的內部采用特殊的材料科學分部各個風路,確保蓄熱材料進行均勻有效的散熱,避免出現高溫死區現象,保障發熱材料的單位面積的熱負荷指標的安全性能,從而能全面保障產品的安全、可靠及長壽命運行。

1.3 系統的自動化控制

本工程的電蓄熱鍋爐的控制系統對模式的要求較高,因此采用了自動模式和高精準的運行模式,也同時可以采用手動啟動和停止模式,也可以根據實際情況預先設定啟動和停止時間。鍋爐的啟動和關閉程序可以通過人工手動的形式完成。此外,也可以通過在計算機的PLC中央控制系統中設定好啟動和關閉的運行參數,從而不需要操作人員去人為控制,極大地節省了人力成本。定時啟停要求工作人員要掌握用戶的實際能源需求,事先要掌握鍋爐的所有運行參數,并將這些參數預先設定完畢,鍋爐會按照事先設定好的參數完成工作指令。通過以上兩種方式都可以保證鍋爐能處于全自動運行狀態,在滿足任何一個啟動運行條件的情況下,鍋爐會自動啟動開啟程序,在滿足任一停止運行條件的情況下,鍋爐又會啟動停止程序,自動停止運行。電蓄熱鍋爐采用的是全方位多測點,從溫度信號、光電信號、壓力信號及電氣信號等測點,實行對環境、設備、電力等整個系統進行有效監控和控制,同時利用高新信息的控制技術可實現云數據的存儲和測控。

2 電蓄熱鍋爐與其它形式鍋爐對比:

下面對燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、直熱式電鍋爐、蓄熱式電鍋爐進行一下比較,燃煤鍋爐熱效率為60%,鍋爐使用時間為10年,安全性能一般,嚴重污染大氣,鍋爐運轉需定期加煤,需有資格證人員看管,還有排污、清灰渣、維修等費用,綜合評價不可行;燃油鍋爐熱效率為80%,鍋爐使用時間為15年,危險性大,輕度污染大氣,鍋爐運轉需定期加油、加氣,可自動運行,需有資格證人員看管,還有排污、儲油、儲氣、維修等費用,綜合評價可行;電鍋爐熱效率為98%,安全性能高,對大氣無污染,鍋爐可自動運行,操作簡便,可實現無人看守,僅有一些定期維修并更換組件的費用,電鍋爐中直熱鍋爐采暖季每平方米能耗費用遠高于電蓄熱鍋爐,且直熱式電鍋爐使用時間為10年,蓄熱式電鍋爐使用時間為25年,綜合評價電蓄熱鍋爐為最佳選擇。

3 固體電蓄熱鍋爐的優勢

此礦山采用固體電蓄熱式鍋爐的優勢如下:固體電蓄熱式電鍋爐,它運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,為純綠色環保產品且無噪音、且占地面積小等優點聚一身的環保設備,這也是其它鍋爐如燃煤、燃油、燃氣等燃其它介質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計,并可隨時維修更換,在后期維護保養的過程中,人們也會因此而減少工作時間和工作難度。固體蓄熱系統充分利用了電能熱能轉換及固體蓄熱等核心技術,將電能轉化為熱能并將熱能存儲起來,解決了以往人們很難儲存電能的現實問題。同時,熱交換技術能有效地將熱能傳導出來,并將這種熱能以熱水形式的傳導出來,并通過管道將將熱能輸給制定用戶,從而提高這些儲存能量的可利用率,使利用率提升到95%以上,還可有利于根據天氣的變化從而進行靈活調控。PLC編程技術和彩色觸摸屏形式的設計推動了固體蓄熱系統實現了人機對話。在對話過程中,用戶可以直接觀察到設備的運行情況,并根據用戶的要去來調整參數運行來滿足客戶的實際需求。

4 結語

總體來說,固體谷電蓄熱設備是一種高效、經濟、節能環保、自動化程度很高、并能實現無人操作可自動調節、運行安全可靠的新型電蓄熱設備。具有結構簡單、儲能密度大、占地面積小、能量輸出穩定、換熱效率高、運行操作便捷等優點,采用電蓄熱鍋爐運行后當地空氣質量相比其它地區有明顯提升。