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  • 儲熱式電鍋爐儲熱介質的選擇與分析
  • 金喆新能源   |   2023-02-20

    在青海、新疆、內蒙古、陜西、山西、寧夏等峰谷分時電價政策較成熟的地區,儲熱式電鍋爐因運行成本低成為備受熱推的清潔能源供熱裝置。由于儲熱介質性能的優劣直接影響系統的熱效率、運行成本和維護成本等問題,因此,如何選擇合適的儲熱式電鍋爐成為市場關注的熱點。


    根據儲熱材料的使用特點,儲熱介質一般需要滿足以下幾點要求:

    (1)儲熱密度大;

    (2)穩定性好;

    (3)無毒、無腐蝕、不易燃易爆,且價格低廉;

    (4)導熱系數大,能量可及時儲存或取出;

    (5)合適的使用溫度。


    目前市場上常見的儲熱形式有固體儲熱、熔鹽儲熱、水儲熱等。


    固體儲熱式電鍋爐

    固體儲熱式電鍋爐,一般采用固體鎂磚為儲熱介質,根據采用鎂磚結構形式的不同,額定儲熱溫度多在550-750℃之間,也有廠家在研制更高溫度的固體儲熱介質。

    儲熱階段,開啟電加熱元件和循環風機,儲熱式電鍋爐利用低谷電將電加熱元件的電能轉換為熱能,經過循環風機增壓的空氣與電加熱元件換熱升溫,其中一部分熱量通過對流傳熱和輻射傳熱給儲熱模塊,另一部分熱量傳遞給供暖循環水、空氣、導熱油等介質實現供暖。通過換熱器后的風溫大幅度降低,再經過循環風機進行增壓后繼續循環。

    放熱階段,關閉電加熱元件,循環風機持續運轉,循環回來的空氣吸收儲熱模塊的熱量后,流經換熱器,將熱量傳遞給供暖循環水、空氣、導熱油等介質實現供熱。

    通過以上運行原理可以看出,固體儲熱式電鍋爐可以用于供熱水、供熱風、供蒸汽和加熱導熱油,在供暖、電廠調峰、間歇能源儲能和工業用熱領域有廣闊的應用空間。


    水儲熱式電鍋爐

    水儲熱就是將水加熱到一定的溫度,使熱能以顯熱的形式儲存在水中,當需要使用時,再將其釋放出來提供采暖或直接作為熱水供人們使用。一般來說,水的儲存溫度為 40~130℃范圍內。根據使用場合不同,對于生活用水,蓄熱溫度為 40~70℃,可以直接提供使用;對于飲用開水,可以蓄至 100℃;對于末端為風機盤管的空調系統,一般蓄熱溫度為 90~98℃;對于末端為暖氣片的采暖系統,蓄熱溫度為 90~130℃或更高。

    通常水蓄熱方式以蓄熱水箱或蓄熱罐來實現,可分為常壓和承壓兩種,如蓄熱水溫度高于常壓狀態下的沸點,需采用承壓方式,相對于常壓蓄熱系統來說,承壓蓄熱系統同等蓄熱量下占用空間略小。水蓄熱能力強,可以自由切換一次板換和儲熱罐之間的連接進行直供,運行方式靈活,整體造價低。

    水儲熱式電鍋爐,由于只有熱水這一種熱量輸出形式,因此,只能應用場景多為供暖。


    熔鹽儲熱式電鍋爐

    熔鹽儲熱系統,將電能轉化為高溫熔融態無機鹽類的顯式熱能,也就是通過電加熱器將廉價電能轉化為熱能,使熔鹽溫度升高,存儲在高溫熔鹽罐中;當需要對外供給熱能時,高溫熔鹽在換熱器內釋放存儲的熱量,溫度降低后的熔鹽存入低溫熔鹽罐。

    熔鹽儲熱的儲熱介質和傳熱介質一般為硝酸鹽混合物,是目前研究和應用較多的一種,其作為顯熱材料應用于太陽能熱發電站、集熱供暖等太陽能熱利用項目中,具有許多潛熱材料所沒有的特點。熔鹽的全稱為熔融鹽,是指一種鹽的熔融態液體,通常所說的熔融鹽是指無機鹽的熔融體。熔融鹽的優點和特性主要表現在以下幾個方面:

    (1)具有廣泛的使用溫度范圍。熔融鹽的使用溫度在 300℃~600℃之間,并且具有良好的導熱性;

    (2)具有較低的蒸汽壓,特別是混合熔融鹽,蒸汽壓更低,保證了高溫下熔融鹽設備的安全性;

    (3)熱容量大;

    (4)較低的粘度,熔融鹽的粘度隨著溫度變化顯著,在高溫區熔融鹽的粘度甚至低于室溫的水的粘度,流動性非常優良;

    (5)具有穩定的化學性質;

    (6)原料價格低廉,容易獲得。

    儲熱系統:項目采用內置電加熱器臥式熔鹽儲罐,雙罐儲熱互為高低溫罐使用。儲熱過程利用內置電加熱器進行加熱,儲熱結束時確保熔鹽在一臺儲罐內,放熱過程利用另一臺儲罐作為低溫罐,罐內的 180℃低溫熔鹽通過內置加熱器加熱熱至 390℃后,在熔鹽儲罐儲熱。夜間或非儲熱供暖時間段內,熱罐內的 390℃高溫熔鹽用熔鹽泵泵送至蒸汽發生器加熱 155℃飽和水產生飽和蒸汽,降溫后的熔鹽進入另一臺熔鹽儲罐,在下一個儲熱期內重復以上循環。

    換熱系統:采用汽水換熱器和點熱水鍋爐串聯,儲熱時段,熔鹽通過電力儲熱,系統用熱通過電熱水鍋爐供給,汽水換熱器不提供負荷;夜間或非儲熱供暖時間段內,電熱水鍋爐無電力供應,罐內的 390℃高溫熔鹽用熔鹽泵泵送至蒸汽發生器加熱 155℃飽和水產生飽和蒸汽,飽和蒸汽進入汽水換熱器將熱量傳遞至熱網循環水。


    小結

    目前在市場上,在熱水采暖供熱領域不管是哪種儲熱式電鍋爐都有成功應用,但熱風供熱領域固體儲熱式電鍋爐的應用更多,導熱油供熱和蒸汽供熱整個行業都仍處于摸索期。

    綜上所述,熔鹽儲熱方案技術復雜,不適用于小規模供熱試點項目;水蓄熱適用于熱水采暖項目,占地面積較大,對運維水平要求較高,但優點是整體造價較低;固體儲熱技術成熟,占地面積小,系統形式及運行管理簡單,應用限制相對較少,但缺點是整體造價較高,且對地面承重有較高要求。

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