固体电蓄热锅炉工作原理和优势

李春轶

长春黄金设计院有限公司 吉林 长春 130012

引言:作为当今一种新型的电蓄热清洁供暖系统,电加热式固体蓄热设备充分利用规定的低谷时间段的廉价电能、风能或太阳能等新型环保型能源。电将设备中的固体蓄热材料加热变成热能并将热能蓄存起来,在供电的高峰期间（电价最贵时间段）停止对设备加热供电,继续将之前蓄存的热能通过介质转换置换出供给供暖系统,设备向用户提供所需热能的同时进行可持续蓄热。电蓄热锅炉可充分利用谷电政策,从而达到降低系统运行成本的目的,对于当地矿山大气污染的预防和治理有着及其重要的意义。

1 固体电蓄热锅炉的实际应用

本项目为辽宁省某矿山新建厂房,矿区所在的地区以林业为主,固对自然环境保护要求较高。因当地缺乏油、气资源,并享有用电补偿政策,谷电时段为每天晚21时至第二天早7时,共10小时。固采用一台电加热式固体蓄热设备,锅炉设备可处于一直不间断地蓄热保温并同时向所需热用户不断提供热能状态。具体实施的运行方案如下:电锅炉在夜间（21:00-7:00时间段）此时段设备开启,因为设备处于低谷电时段,电价低廉,设备可将电能全部转化成热能并在蓄热体内储存起来,夜间采用向用户供热能的同时进行蓄热的方式,此方式是利用了谷电时间段的电量（此时段价格最低）,用以保证了夜晚用户需求供热量的同时,利用设备中固体蓄热材料储存白天（供电高峰期也就是电价最高时间段）所需的热量,锅炉在白天（也就是供电高峰期电价最高的时间段）时停止加热运行,不进行供电（不开启设备电转化热的功能）,仅开启其辅助设备水泵等用电功率及低的一些设备,再根据热用户需要进行分时间段地将设备蓄热体中储存的热能转换出来,将先前蓄存起来的热能连续不断的传输进供暖系统中。本电蓄热锅炉电能通过介质转换置换出热能后,存储于电锅炉内的固体蓄热材料中。储存温度范围可达到大于500-800摄氏度。电锅炉蓄热体外层采用高效绝热材料制作,使高温蓄热体和外部环境隔绝,从而可达到持续保证常温状态（也就是既绝热又保温的效果）。

1.1 系统运行参数的监测及调控

设备可通过PLC程序预先定好每个时段的的供暖温度和供热量,在用户需求热量供应的时候,设备按照预先设定好的程序,通过自动变频风机的运转,使空气在密闭的蓄热体和换热室中进行内循环,此过程为空气在蓄热体内吸收热量变成高温的热空气（此时段固体蓄热锅炉只进行蓄热而不进行放热工作）,高温热空气在换热室内将换热器中的介质加热而升温,而后换热室内的被冷却空气再循环到蓄热体中重新进行吸热,以此往复循环。被加热后温度升高的水由水泵将热水提供到末端设备中。输出的水温度能持续保证恒温状态是采用了多种方式进行调控,例如通过控制进水和回水的温度差、确保恒定的出水温度、对系统总热量的输出进行监测等等。以上检测数值需经过锅炉配套的中央控制系统PLC处理后,将所设定程序传输给自动控制系统,对设备进行无人工全自动、高精准的调控。保证设备在谷值10小时内进行蓄能工作,并保证24小时都提供二次循环水出口温度不低于80℃。

1.2 设备的保温及维护

设备可分多个加热单元组,加热单元组通电后发热来实现对蓄热池的升温,设备可设计多组启动、停止按钮,减少因启动功率过大对电网带来的冲击,同时也有利蓄电池的温度调控,电加热时间段和加热温度的控制（大于500摄氏度）可根据用户的实际需要通过PLC系统进行设定,设备可以根据设定值完全实行无人的自动化控制运行。蓄热储能设备采用了模块化结构保温形式,设有易拆卸式的外壳,电热结构是由多组电热组件组成,每一组电热组件都可以进行独立工作,当某组电热组件发生故障时可随时进行拆除或与其它电热组件重新组合,因此便于维修更换,且设备维修更换电阻丝时无需大量人工,外壳及模块化保温结构可以轻易进行组合拼装并拆卸,并可以在极端时间之内完成,不耽误各个用户的供热,使其安全持续性更高、更可靠。本蓄热锅炉蓄热材料采用的是高效重烧镁材质,此材质蓄热能力高,电绝缘特性卓越,在满足了高蓄能功效的基础上,还可以保证对电热材料的主、纵绝缘的防护效果。电蓄热锅炉的高压绝缘系统采用的是高品质绝缘蓄热材料,即满足了电气绝缘要求,同时也可参与能量储存的功能,确保高压电气的绝缘安全特性,在蓄热体的内部采用特殊的材料科学分部各个风路,确保蓄热材料进行均匀有效的散热,避免出现高温死区现象,保障发热材料的单位面积的热负荷指标的安全性能,从而能全面保障产品的安全、可靠及长寿命运行。

1.3 系统的自动化控制

本工程的电蓄热锅炉的控制系统对模式的要求较高,因此采用了自动模式和高精准的运行模式,也同时可以采用手动启动和停止模式,也可以根据实际情况预先设定启动和停止时间。锅炉的启动和关闭程序可以通过人工手动的形式完成。此外,也可以通过在计算机的PLC中央控制系统中设定好启动和关闭的运行参数,从而不需要操作人员去人为控制,极大地节省了人力成本。定时启停要求工作人员要掌握用户的实际能源需求,事先要掌握锅炉的所有运行参数,并将这些参数预先设定完毕,锅炉会按照事先设定好的参数完成工作指令。通过以上两种方式都可以保证锅炉能处于全自动运行状态,在满足任何一个启动运行条件的情况下,锅炉会自动启动开启程序,在满足任一停止运行条件的情况下,锅炉又会启动停止程序,自动停止运行。电蓄热锅炉采用的是全方位多测点,从温度信号、光电信号、压力信号及电气信号等测点,实行对环境、设备、电力等整个系统进行有效监控和控制,同时利用高新信息的控制技术可实现云数据的存储和测控。

2 电蓄热锅炉与其它形式锅炉对比:

下面对燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、直热式电锅炉、蓄热式电锅炉进行一下比较,燃煤锅炉热效率为60%,锅炉使用时间为10年,安全性能一般,严重污染大气,锅炉运转需定期加煤,需有资格证人员看管,还有排污、清灰渣、维修等费用,综合评价不可行;燃油锅炉热效率为80%,锅炉使用时间为15年,危险性大,轻度污染大气,锅炉运转需定期加油、加气,可自动运行,需有资格证人员看管,还有排污、储油、储气、维修等费用,综合评价可行;电锅炉热效率为98%,安全性能高,对大气无污染,锅炉可自动运行,操作简便,可实现无人看守,仅有一些定期维修并更换组件的费用,电锅炉中直热锅炉采暖季每平方米能耗费用远高于电蓄热锅炉,且直热式电锅炉使用时间为10年,蓄热式电锅炉使用时间为25年,综合评价电蓄热锅炉为最佳选择。

3 固体电蓄热锅炉的优势

此矿山采用固体电蓄热式锅炉的优势如下:固体电蓄热式电锅炉,它运行过程中无需任何燃烧,也没有二氧化硫、氮氧化合物等有害的气体排放,没有灰尘、烟雾排出,且没有任何废弃物的排放,因此,它是一种燃料清洁、无污染,为纯绿色环保产品且无噪音、且占地面积小等优点聚一身的环保设备,这也是其它锅炉如燃煤、燃油、燃气等燃其它介质的锅炉所无法相比的。电蓄热锅炉为模块化组装锅炉,如电加热组件、蓄热材料体等核心部件均为模块化设计,并可随时维修更换,在后期维护保养的过程中,人们也会因此而减少工作时间和工作难度。固体蓄热系统充分利用了电能热能转换及固体蓄热等核心技术,将电能转化为热能并将热能存储起来,解决了以往人们很难储存电能的现实问题。同时,热交换技术能有效地将热能传导出来,并将这种热能以热水形式的传导出来,并通过管道将将热能输给制定用户,从而提高这些储存能量的可利用率,使利用率提升到95%以上,还可有利于根据天气的变化从而进行灵活调控。PLC编程技术和彩色触摸屏形式的设计推动了固体蓄热系统实现了人机对话。在对话过程中,用户可以直接观察到设备的运行情况,并根据用户的要去来调整参数运行来满足客户的实际需求。

4 结语

总体来说,固体谷电蓄热设备是一种高效、经济、节能环保、自动化程度很高、并能实现无人操作可自动调节、运行安全可靠的新型电蓄热设备。具有结构简单、储能密度大、占地面积小、能量输出稳定、换热效率高、运行操作便捷等优点,采用电蓄热锅炉运行后当地空气质量相比其它地区有明显提升。