电蓄热系统原理及工程应用

电蓄热系统原理：

电蓄热系统原理是在夜间用电低谷期间将电能转化成热能，并以显热或潜热的形式将它储藏起来，在用电高峰期将储藏的热量释放出来满足采暖或生活热水的需要，以达到转移尖峰电力、节省电费、减轻电力负荷和降低设备容量的需要。

蓄热介质：

1、优态盐，利用物态变化。

2、以水显热蓄热，常规蓄热温度一般在50~95℃。（高温蓄热可以达到135℃，甚至更高）。

水蓄热装置的形式：（和冰蓄冷形式相似）

a、迷宫式：利用建筑物筏基，经济性好，但效率不高。（涡旋、短路、传热）

b、隔膜式：易破损

c、多槽式：混水，蓄热效率低（也可设计成空槽式，系统和控制复杂），投资高

d、温度分层式：冷热水自然分层，蓄热效率高，投资省，温度分层式通常有简单温度分层和有间隔温度分层两种形式。

温度分层式蓄热装置设计原理：

温度分层式蓄热装置设计的四个步骤

1)了解热热倾区的形成和维持原理，使高温热水和回水分离；

2)选用合适的蓄热装置进水分布管（布水器）形式，以减少冷热水混合。

3)设计进水分布总管。

4)有效地设计利用蓄热装置容积、合理安排以获得最佳分层效果。

温度分层式蓄热装置设计原理，热倾区的形成和维持原理：

温度分层蓄热槽设计主要是为了避免热、温水相混而损失的有效热量，这需要在整个蓄热和放热过程维持很薄的热倾区，即尽量减少热对流，主要影响因素：

1）浮力：高温在上，低温在下。

2）混合：流速和方向。

3）热传导：温度梯度。

关键在于合理设计进出水分布管。

蓄热装置进水分布管设计：

蓄热系统配置模式：

全量蓄热，分量蓄热。

蓄热系统流程：

并联流程、串联流程。

串联流程：

串联流程特点：

1、一套水泵，变频控制，系统简单，运行费省。

2、板式换热器一次侧设计为大温差，一般供暖设计温度为85/50℃。

3、大温差蓄热、供热，大幅度减少了板式换热器、蓄热水泵流量系统的管径，节省了初投资。

4、蓄热装置采用了多孔配管作为均流装置，高温热水上进上出，低温热水低进低出。利用了温度自然分层原理，热倾区热水范围小，罐体利用率高。

5、蓄热装置结构、布置、联接形式多样。可以设计成立式或卧式，蓄热装置的体积可按需要设计成多个或单个，蓄热装置之间的联接形式有串联或并联设备，蓄热装置可以放置于室外或埋地下。

6、利用电锅炉下游串联流程特征，蓄热装置的热顷区温水（即为蓄热装置高低温热水的混合面的热水）也可以用电锅炉再加热利用。

7、通过变频控制进入蓄热装置热水的温度为恒定的蓄热温度，能充分利用蓄热装置的容积。同时能保证低谷电时段电锅炉不卸载。

8、可以实现运行工况：锅炉蓄热、锅炉蓄热兼供热、锅炉单供、蓄热装置单供、联合供热，控制简单，灵活。

9、系统可以轻松实现锅炉优先运行和蓄热装置优先运行。

蓄热系统运行模式：

全量蓄热，锅炉优先，蓄热槽优先，优化控制。

蓄热系统的热损失：

a、蓄热槽表面热损失

钢结构；

砼结构：保温隔热的设计和施工；

b、蓄热量要及时使用完；

c、蓄热槽内部热损失：

水和蓄热槽内表面的相互作用

不同温度热水之间的界面热传导和混合损失。

高温蓄热系统流程：

高温蓄热系统定压方式：

高位水箱定压；变频水泵定压；气体定压（空气或氮气）。

在高温水系统内，不管是静止还是循环状态，防止水的汽化都是一项十分重要的技术要求。

压力控制（蓄热温度135℃）：

0.27-0.35-0.4-0.45-0.55（表压）

1)系统运行压力P1为0.4MPa(此压力能保证152℃时不汽化)。130℃的饱和压力为0.17MPa（表压），要维持系统的安全，最低压力不得低于0.27MPa；电锅炉的承压为0.7MPa（绝对压力）。系统的最高压力不得高于0.55 MPa。

2)当系统压力P1降至0.35MPa或以下，开启变频水泵补水，压力P1至0.4MPa停止补水。如果在补水过程中无压膨胀水箱缺水（当其液位低于0.2m），则打开自来水补水电磁阀，利用自来水补水，并响警铃报警。当系统压力P1降至0.27MPa，响警铃报警，并同时打开自来水补水电磁阀，利用自来水补水定压（根据自来水压力而定）。停止热水电锅炉和蓄热水泵，再关闭蓄热装置的进出口阀门（在平时这两个阀门是常开），此举的日的一是为了保证蓄热罐内的大量热水不泄漏，二是为了保护室内运行人员的安全。压力P1至0.4MPa停止补水。

3)当系统压力P1升至0.45MPa或以上，开启调节阀V5放水，压力至0.4MPa停止放水。当系统压力P1升至0.53MPa，响警铃报警，停止热水电锅炉和蓄热水泵，并要求打开手动旁通阀泄压至0.4MPa。定压系统中的安全阀采用弹簧式安全阀，安全阀的动作压力为0.57MPa，回座压力为0.45MPa。

4)当蓄热系统无压膨胀水箱液面低于0.20米时，不得开启蓄热系统定压补水泵，并报警。则打开自来水补水电磁阀，利用自来水补水，当液位补至0.5米，再开启蓄热系统定压补水泵。

饱和水温度与压力的关系曲线：

高温蓄热系统特点：

1) 蓄热装置按压力容器设计，蓄热温度可以达到135℃，用热结束温度为45℃，用热温差达到90℃，大大减少了蓄热体积。

2) 蓄热装置结构、布置、联接形式多样。可以设计成立式或卧式，蓄热装置的体积可按需要设计成多个或单个，蓄热装置之间的联接形式有串联或并联设备，蓄热装置可以放置于室外或埋地下。

3) 蓄热装置采用了多孔配管作为均流装置，高温热水上进上出，低温热水低进低出。利用了温度自然分层原理，热倾区热水范围小，罐体利用率高。

4）只有一套蓄热水泵，同时避免了两套（或多套）水泵(初级热水泵和次级热水泵)在不同运行模式下流量扬程不匹配，造成水力失调。

5）可以采用大温差蓄热、供热。

6）综合采用了电动阀、水泵变频技术、电锅炉卸载调节调节控制系统，能很准确地控制板换二次侧供水温度或一次侧的回水温度，同时减小了水泵的出力，最有利的是避免了末端过热现象，从而较大幅度地减少了运行费用。

7）采用水泵变频控制进入蓄热装置热水的温度为恒定的蓄热温度，能充分利用蓄热装置的容积。同时能保证低谷电时段电锅炉不卸载。

8）利用电锅炉下游串联流程特征，蓄热装置的热顷区温水（即为蓄热装置高低温热水的混合面的热水）也可以用电锅炉再加热利用。

9）蓄热温度达到135℃，蓄热放热温差达到90℃以上。而系统定压只需超过相对最高温度所对应的饱和压力0.2MPa即可。

10）由于系统中电锅炉的炉体小水容量小，放水补水方便，换电热管较为便捷。

空气定压一体式高温蓄热系统：

蓄热系统自动控制特点：

自动控制系统现场控制器采用PLC可编程序控制器，同时配置彩色触摸屏，进行现场人机对话管理，操作简洁；配置上位机系统，进行集中控制；具有工业级的可靠性。

自动控制系统可轻松实现电锅炉单蓄热工况、电锅炉蓄热兼供热工况、电锅炉单独供热工况、蓄热装置单独供热工况、蓄热装置优先联合供热工况、电锅炉优先联合供热工况，且可以保证各工况均稳定高效运行；可以提供不同的标准软件模块以实现各种控制功能。

自动控制系统可以实现远程监控功能。

电锅炉：

电热管：U型、密集、热流强度、结构。

炉体：合金防腐，不锈钢。

电控：PLC、触摸屏，便于系统控制。

一体化：减少电缆连接，体积小。

电锅炉分类：

从加热方式分：直流式、循环式；

从提供介质状态分：热水、蒸汽；

从锅炉结构分：立式、卧式。

蓄能式电热水器，可以充分利用低谷廉价电力，调荷避峰，降低运行成本。

蓄热装置：

空气/空气余热回收与蓄能供热：

蓄能供热与余热回收应用示意图：

热风烘道应用：

水槽加热：

工业暖房应用：

国家发改委应同意设立白天“可中断电价”，把所有波动的风电全部存储应用在工业电/制冰/加热或取暖加热上。同时，提高电网的安全性。

拉大“峰谷电价”差异。在24小时平均价格不变的前提下，降低谷电价格，提高峰电价格，像日本法国等发达国家一样，提高谷电利用率。

风电弃风区设立弃风时期的特殊上网蓄能电价，鼓励弃风利用，防止一边弃风，另一边还从火电厂抽气/烧煤取暖造成浪费。

消纳弃风的最好方案：

这样可以培养低谷工业用户与采暖用户；

发展智能蓄电/冰/热技术，把所有波动的风电全部保存起来。

蓄能技术的大量应用，提供工业企业的电能/制冰/热风，热水，热油，蒸汽加大烧煤污染排放的费/税征收，用于可再生能源的补贴。