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  • 储热式电锅炉储热介质的选择与分析
  • 金喆新能源   |   2022-07-19

    在青海、新疆、内蒙古、陕西、山西、宁夏等峰谷分时电价政策较成熟的地区,储热式电锅炉因运行成本低成为备受热推的清洁能源供热装置。由于储热介质性能的优劣直接影响系统的热效率、运行成本和维护成本等问题,因此,如何选择合适的储热式电锅炉成为市场关注的热点。


    根据储热材料的使用特点,储热介质一般需要满足以下几点要求:

    (1)储热密度大;

    (2)稳定性好;

    (3)无毒、无腐蚀、不易燃易爆,且价格低廉;

    (4)导热系数大,能量可及时储存或取出;

    (5)合适的使用温度。


    目前市场上常见的储热形式有固体储热、熔盐储热、水储热等。


    固体储热式电锅炉

    固体储热式电锅炉,一般采用固体镁砖为储热介质,根据采用镁砖结构形式的不同,额定储热温度多在550-750℃之间,也有厂家在研制更高温度的固体储热介质。

    储热阶段,开启电加热元件和循环风机,储热式电锅炉利用低谷电将电加热元件的电能转换为热能,经过循环风机增压的空气与电加热元件换热升温,其中一部分热量通过对流传热和辐射传热给储热模块,另一部分热量传递给供暖循环水、空气、导热油等介质实现供暖。通过换热器后的风温大幅度降低,再经过循环风机进行增压后继续循环。

    放热阶段,关闭电加热元件,循环风机持续运转,循环回来的空气吸收储热模块的热量后,流经换热器,将热量传递给供暖循环水、空气、导热油等介质实现供热。

    通过以上运行原理可以看出,固体储热式电锅炉可以用于供热水、供热风、供蒸汽和加热导热油,在供暖、电厂调峰、间歇能源储能和工业用热领域有广阔的应用空间。


    水储热式电锅炉

    水储热就是将水加热到一定的温度,使热能以显热的形式储存在水中,当需要使用时,再将其释放出来提供采暖或直接作为热水供人们使用。一般来说,水的储存温度为 40~130℃范围内。根据使用场合不同,对于生活用水,蓄热温度为 40~70℃,可以直接提供使用;对于饮用开水,可以蓄至 100℃;对于末端为风机盘管的空调系统,一般蓄热温度为 90~98℃;对于末端为暖气片的采暖系统,蓄热温度为 90~130℃或更高。

    通常水蓄热方式以蓄热水箱或蓄热罐来实现,可分为常压和承压两种,如蓄热水温度高于常压状态下的沸点,需采用承压方式,相对于常压蓄热系统来说,承压蓄热系统同等蓄热量下占用空间略小。水蓄热能力强,可以自由切换一次板换和储热罐之间的连接进行直供,运行方式灵活,整体造价低。

    水储热式电锅炉,由于只有热水这一种热量输出形式,因此,只能应用场景多为供暖。


    熔盐储热式电锅炉

    熔盐储热系统,将电能转化为高温熔融态无机盐类的显式热能,也就是通过电加热器将廉价电能转化为热能,使熔盐温度升高,存储在高温熔盐罐中;当需要对外供给热能时,高温熔盐在换热器内释放存储的热量,温度降低后的熔盐存入低温熔盐罐。

    熔盐储热的储热介质和传热介质一般为硝酸盐混合物,是目前研究和应用较多的一种,其作为显热材料应用于太阳能热发电站、集热供暖等太阳能热利用项目中,具有许多潜热材料所没有的特点。熔盐的全称为熔融盐,是指一种盐的熔融态液体,通常所说的熔融盐是指无机盐的熔融体。熔融盐的优点和特性主要表现在以下几个方面:

    (1)具有广泛的使用温度范围。熔融盐的使用温度在 300℃~600℃之间,并且具有良好的导热性;

    (2)具有较低的蒸汽压,特别是混合熔融盐,蒸汽压更低,保证了高温下熔融盐设备的安全性;

    (3)热容量大;

    (4)较低的粘度,熔融盐的粘度随着温度变化显著,在高温区熔融盐的粘度甚至低于室温的水的粘度,流动性非常优良;

    (5)具有稳定的化学性质;

    (6)原料价格低廉,容易获得。

    储热系统:项目采用内置电加热器卧式熔盐储罐,双罐储热互为高低温罐使用。储热过程利用内置电加热器进行加热,储热结束时确保熔盐在一台储罐内,放热过程利用另一台储罐作为低温罐,罐内的 180℃低温熔盐通过内置加热器加热热至 390℃后,在熔盐储罐储热。夜间或非储热供暖时间段内,热罐内的 390℃高温熔盐用熔盐泵泵送至蒸汽发生器加热 155℃饱和水产生饱和蒸汽,降温后的熔盐进入另一台熔盐储罐,在下一个储热期内重复以上循环。

    换热系统:采用汽水换热器和点热水锅炉串联,储热时段,熔盐通过电力储热,系统用热通过电热水锅炉供给,汽水换热器不提供负荷;夜间或非储热供暖时间段内,电热水锅炉无电力供应,罐内的 390℃高温熔盐用熔盐泵泵送至蒸汽发生器加热 155℃饱和水产生饱和蒸汽,饱和蒸汽进入汽水换热器将热量传递至热网循环水。


    小结

    目前在市场上,在热水采暖供热领域不管是哪种储热式电锅炉都有成功应用,但热风供热领域固体储热式电锅炉的应用更多,导热油供热和蒸汽供热整个行业都仍处于摸索期。

    综上所述,熔盐储热方案技术复杂,不适用于小规模供热试点项目;水蓄热适用于热水采暖项目,占地面积较大,对运维水平要求较高,但优点是整体造价较低;固体储热技术成熟,占地面积小,系统形式及运行管理简单,应用限制相对较少,但缺点是整体造价较高,且对地面承重有较高要求。

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