一.前言
隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設飛速發(fā)展,能源消耗日益增長(cháng),碳排放壓力逐年增大,霧霾天氣出現頻率居高不下,空氣污染治理迫在眉睫。為此,國家發(fā)布了霧霾治理的相關(guān)管理辦法,各地市相繼出臺治理燃煤鍋爐的地區性相關(guān)規定。
2018年7月國務(wù)院印發(fā)《打贏(yíng)藍天保衛戰三年行動(dòng)計劃》,意在將控制取暖燃煤耗量,將削減燃煤放在首位,加快淘汰35噸以下燃煤鍋爐。鼓勵采用燃氣、用電等其他新能源解決冬季采暖。
國家發(fā)展改革委關(guān)于發(fā)改價(jià)格〔2018〕1053號,利用擴大跨省區電力交易規模等措施降低一般工商業(yè)電價(jià)有關(guān)事項的通知。自2018年7月1日起,將擴大跨省區電力交易規模、國家重大水利工程建設基金征收標準降低25%、督促自備電廠(chǎng)承擔政策性交叉補貼等電價(jià)空間,全部用于降低一般工商業(yè)電價(jià)。其目的在于鼓勵用電取暖。
一方面環(huán)境污染嚴重,另一方面大量的風(fēng)電、光電等清潔能源得不到利用而棄掉。各省均出現比較嚴重的棄風(fēng)、棄光現象。
在這個(gè)大背景下,固體蓄熱電鍋爐應運而生,因無(wú)廢氣污染被稱(chēng)作“綠色供暖設備”。凸顯其高環(huán)保性、經(jīng)濟性好、適用性強等多重價(jià)值。高溫固體電蓄熱設備是利用低谷電或棄風(fēng)電采取固體儲熱方式的一種大功率新型熱源。設備可大量消納棄風(fēng)電,實(shí)現超大規模城市區域24小時(shí)連續供熱能力,足以替代目前廣泛應用的燃煤、燃氣、燃油鍋爐,使用過(guò)程中無(wú)任何廢氣、廢水、廢渣產(chǎn)生,實(shí)現了二氧化碳零排放,是供熱領(lǐng)域環(huán)保升級換代產(chǎn)品。
固體蓄熱電鍋爐技術(shù)源自德國,在德國已有二十余載應用史,技術(shù)相對成熟,運行可靠。近年來(lái)引入國內,并經(jīng)國內各大設備制造商不斷消化技術(shù),持續改進(jìn)創(chuàng )新,已形成高、低壓多種輸入電制系統爐型,在冬季取暖領(lǐng)域獲得廣泛應用。
二.固體蓄熱電鍋爐簡(jiǎn)介
固體蓄熱電鍋爐的核心優(yōu)勢在于使用低谷電。
固體蓄熱電鍋爐是一種先進(jìn)、高效的清潔供熱產(chǎn)品。固體蓄熱電鍋爐原理是將電網(wǎng)滯納的低谷電能轉化成熱能儲存起來(lái),用于白天高峰電時(shí)供暖或供熱水使用,或利用風(fēng)電將不穩定的風(fēng)電能蓄存起來(lái),經(jīng)電加熱固體蓄熱設備轉換穩定熱源向外輸出,屬清潔無(wú)污染產(chǎn)品。
固體電蓄熱介質(zhì)為高純度氧化鎂磚。
固體蓄熱電鍋爐工作分三個(gè)過(guò)程,大致如下:
**過(guò)程——加熱過(guò)程。蓄熱體內電熱絲通電發(fā)熱,由電能轉化為熱能,經(jīng)熱交換將熱能存儲于固體蓄熱體中。主要是利用低谷電或棄風(fēng)電來(lái)加熱蓄熱池,滿(mǎn)足白天高峰時(shí)段用熱需求。
第二過(guò)程——蓄熱過(guò)程。電熱絲產(chǎn)生的熱量,不斷被固體氧化鎂磚吸收,蓄熱磚的溫度不斷升高,從常溫升高至750℃以上,直至蓄熱過(guò)程完成。蓄熱池外層采用高絕熱材料,使高溫蓄熱池與外界環(huán)境達到絕熱狀態(tài),確保蓄熱系統高效節能。
第三過(guò)程——放熱過(guò)程。根據用戶(hù)側熱量需求,設備可按照預先設定好的程序,通過(guò)變頻風(fēng)機和水泵實(shí)現氣-水換熱,將蓄熱池的熱量逐步釋放出來(lái),完成熱量交換。設備采用PLC及觸摸屏以指揮系統工作,從而實(shí)現熱能精準控制排放。
三.固體蓄熱與其它蓄熱形式能效對比
蓄熱主要形式包括:固體蓄熱、水蓄熱、熔鹽蓄熱、。
水蓄熱原理:利用水的顯熱,通過(guò)電極鍋爐、板式換熱器、水泵等設施,將電網(wǎng)滯納的低谷電能轉化為熱能儲存到水箱里面,在電網(wǎng)高峰時(shí)段再釋放到熱網(wǎng)系統。
固體蓄熱、水蓄熱對比分析
序號 | 對比項目 | 固體蓄熱技術(shù) | 水蓄熱技術(shù) |
1 | 蓄熱介質(zhì) | 氧化鎂磚 | 水 |
2 | 蓄熱介質(zhì)比熱容kJ/(kg·K) | 1.46 | 4.2 |
3 | 蓄熱介質(zhì)密度(g/cm3) | 3.58g/cm3 | 1.0g/cm3 |
4 | 蓄熱終溫度(℃) | 750 | 95 |
5 | 放熱終溫度(℃) | 120 | 85 |
6 | 蓄熱溫差△t(℃) | 630 | 10 |
7 | 蓄熱密度(kW/m3) | 914.69 | 11.66 |
8 | 蓄熱體積比 | 1 | 914.69×92%÷11.66 =72.2倍 |
9 | 特點(diǎn) | l 蓄熱密度大,蓄熱密度是水的72.2倍。 l 占地面積小。 l 體積小,熱損失小。 l 水電分離技術(shù),不存在安全隱患。 | l 蓄熱介質(zhì)為水,蓄熱放熱簡(jiǎn)單。 l 蓄熱密度小。 l 占地面積大。 l 幾千甚至上萬(wàn)噸位的水箱,萬(wàn)一閥門(mén)、管道有泄漏,存在較大的安全隱患。 |
10 | 工程安裝 | 工廠(chǎng)模塊化生產(chǎn),現場(chǎng)組裝方便,安裝質(zhì)量可控性強。 | 體積較大,沒(méi)法工廠(chǎng)化生產(chǎn),現場(chǎng)安裝,安裝質(zhì)量可控性差。 |
備注:
a.水蓄熱密度計算公式:
1m3體積的水的質(zhì)量:m=ρ×V=1×106÷1000=1000kg
1m3體積的水蓄熱量:Q=C×m×△t=4.2×1000×(95-85)=42000kJ=11.66kW
b.固體蓄熱密度計算公式:
1m3體積的固體蓄熱材料的質(zhì)量:m=ρ×V=3.58×106÷1000=3580kg
1m3體積的固體蓄熱材料蓄熱量:Q=C×m×△t=1.46×3580×(750-120)
=3292884kJ=914.69kW
c.固體蓄熱電鍋爐內部風(fēng)道、電熱絲孔占蓄熱材料體積的8%左右。
我們以40MW調峰容量做實(shí)例分析
按照7小時(shí)蓄熱分析,日蓄存40MW*7=280MW的熱量。
1.固體蓄熱設備蓄熱池體積:
蓄熱池體積約為:280×1000÷914.69÷92%=332.7m3。
2.蓄熱水箱體積:
蓄熱水箱體積為:280×1000÷11.66=24014m3。
結論:相同蓄熱量前提下,水蓄熱體積是72倍,水蓄熱比固體蓄熱需要巨大的占地面積,固體蓄熱可節省大量的土地資源。
綜上所述
固體蓄熱電鍋爐是清潔能源中最有選的供熱方案,控制簡(jiǎn)便,輸出精準,占地面積小,具有環(huán)保、節能、經(jīng)濟、安全、高效、無(wú)人值守等特點(diǎn)。
固體蓄熱電鍋爐作為清潔能源利器,在供暖行業(yè)中日趨占據主導地位,將被大力推崇,獲得廣泛應用。