張勇

摘 要：本文主要介紹了高壓電極蓄熱鍋爐的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、工作特點(diǎn)、應(yīng)用前景及示范效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：高壓電極；蓄熱鍋爐；低谷電；電能替代

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.003

1 高壓電極鍋爐簡(jiǎn)介

高壓電極鍋爐是利用水的高熱阻特性，直接將電能轉(zhuǎn)化成熱能的一種裝置。

（1）電源要求。 高壓電極鍋爐一般要求具備兩路電源：

1）加熱電源：用來(lái)加熱介質(zhì)水，一般為6KV—14KV；2 ）控制電源：用于鍋爐控制系統(tǒng)。

（2）保護(hù)要求。根據(jù)用電要求，需做如下保護(hù)：

1） 過(guò)流保護(hù)；2） 缺相保護(hù)；3） 短路保護(hù)；4）三相不平衡保護(hù)。

（3）加熱原理。高壓電極鍋爐給水一般采用除鹽水，除鹽水的電導(dǎo)率（25℃）小于0.3us/cm，該水導(dǎo)電性接近于零，滿足鍋爐給水的硬度要求，但是不具有電阻性，因此，必須向爐水中加入一定量的特殊的電解質(zhì)溶液，使?fàn)t水同時(shí)具備導(dǎo)電性，進(jìn)而產(chǎn)生電阻，導(dǎo)致生熱。但是電導(dǎo)率并非越高越好，必須控制一定的量，一般電極熱水鍋爐爐水電導(dǎo)率維持在100us/cm以下。否則，較高的電導(dǎo)率極易將電極板擊穿，造成事故。

高壓電極鍋爐一般內(nèi)設(shè)兩塊電極板，電極板浸沒(méi)在水中，通電后，由于水的導(dǎo)電性，產(chǎn)生電阻，生熱將水變成高溫水，通過(guò)鍋爐外置換熱裝置可儲(chǔ)存，也可直供熱用戶。

高壓電極鍋爐由于是利用水的導(dǎo)電性直接加熱，因此電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，能量損失接統(tǒng)鍋爐那樣缺水過(guò)燒現(xiàn)象。根據(jù)這一現(xiàn)象，我們也可通過(guò)調(diào)節(jié)鍋內(nèi)水位高低，達(dá)到調(diào)節(jié)運(yùn)行負(fù)荷的效果。即，水位可調(diào)性為0-100%，電極板與水的接近零。當(dāng)鍋爐因故缺水時(shí)，電極板之間的電流通道自然切斷，不存在傳觸面積也可調(diào)節(jié)至0-100%，進(jìn)而電阻也可調(diào)節(jié)0-100%，熱負(fù)荷相應(yīng)的得到調(diào)節(jié)，相對(duì)傳統(tǒng)鍋爐，調(diào)節(jié)范圍更廣。

（4）重點(diǎn)要求。1）嚴(yán)控給水硬度，杜絕電極板結(jié)垢；2）合理調(diào)節(jié)爐水電導(dǎo)率，創(chuàng)造合適的電流通道；3）加強(qiáng)鍋爐本體的絕緣效果； 4）控制系統(tǒng)準(zhǔn)確靈敏。

（5）相對(duì)于傳統(tǒng)鍋爐的優(yōu)點(diǎn)。1）運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，調(diào)節(jié)靈活；2）啟停迅速，從冷態(tài)到滿負(fù)荷僅需十幾分鐘；從熱態(tài)到滿負(fù)荷僅需幾分鐘；3）能量損失小，節(jié)能、環(huán)保；4）可與各種儲(chǔ)熱設(shè)備聯(lián)合，做到調(diào)峰運(yùn)行，而不影響供熱；5）運(yùn)行人員少，勞動(dòng)力成本大幅降低。

2 水蓄熱技術(shù)簡(jiǎn)介

冬季建筑中通常需要供熱，在這些熱的生產(chǎn)、輸送和利用過(guò)程中，熱的供應(yīng)和需求之間，往往存在著數(shù)量上、形態(tài)上和時(shí)間上的差異。為了彌補(bǔ)這些差異，有效的將熱利用起來(lái)，常需要采取儲(chǔ)存和釋放熱的人為過(guò)程或技術(shù)手段。

（1）原理。 隨著介質(zhì)溫度的升高而吸熱，或隨著介質(zhì)溫度的降低而放熱的現(xiàn)象稱為顯熱。介質(zhì)的儲(chǔ)熱量與其質(zhì)量、比熱容的乘積以及介質(zhì)所經(jīng)歷的溫度變化成正比。顯熱式蓄熱原理十分簡(jiǎn)單，實(shí)際使用也最普遍。利用顯熱蓄熱，蓄熱材料在儲(chǔ)存和釋放熱能時(shí)，材料自身只發(fā)生溫度變化，而不發(fā)生其他任何變化。低谷電時(shí)段利用電加熱器加熱水，儲(chǔ)存于蓄熱池中，在白天用電高峰期將熱釋放出來(lái)，供給用戶采暖、生活熱水或工藝用熱。

（2）基本設(shè)備。蓄水罐（蓄水池）、蓄能水泵、釋能水泵、板式換熱器（蓄能水體為開(kāi)式的系統(tǒng)）、自控系統(tǒng)。其中，以蓄水罐（蓄水池）為核心部件，而核心技術(shù)則是溫度分層技術(shù)。

有溫度分層型、多水池型、隔膜型、迷宮型、多水池折流型，其中溫度分層型是使用最廣泛、投資最節(jié)省、控制最簡(jiǎn)單的型式。

（3）溫度分層型水蓄能原理。水的導(dǎo)熱性能非常差，約是銅的七百分之一，通常水的熱傳導(dǎo)，是通過(guò)密度差及重力引起的對(duì)流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果通過(guò)一些措施，使得水池中的水密度分布下高上低，那么重力便不會(huì)引發(fā)水的對(duì)流，自然水體便可以實(shí)現(xiàn)溫度分層。

（4）蓄水池的結(jié)構(gòu)。 蓄水池結(jié)構(gòu)一般目前有兩種，在項(xiàng)目實(shí)施中，需根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行優(yōu)化選擇來(lái)決定蓄水池的結(jié)構(gòu)。

建在地下的多為砼結(jié)構(gòu)，建在地上的多為圓形的鋼結(jié)構(gòu)。

3 阿帕尼高壓電極熱水鍋爐結(jié)構(gòu)組成

阿帕尼電極熱水鍋爐，它有電極系統(tǒng)包含三相電極、中性點(diǎn)電極，三個(gè)控制保護(hù)罩。三個(gè)三相電極裝在鍋爐頂部絕緣套管上。中性點(diǎn)電極包含三個(gè)圓筒狀管子，它們包圍三相電極且裝在鍋爐本體上。三個(gè)控制保護(hù)罩控制鍋爐的輸出，它在三相電極上建立了一個(gè)屏。三控制保護(hù)罩通過(guò)操縱桿安裝在上面。動(dòng)力輸出通過(guò)控制保護(hù)罩來(lái)控制，可以在10%—100%之間調(diào)節(jié)。熱水鍋爐連接到一個(gè)絕緣中性點(diǎn)的柵格上，因?yàn)殄仩t裝在絕緣體上，它的內(nèi)在具有一個(gè)耐高溫絕緣中性點(diǎn)。另外，管道、促動(dòng)器，其它裝置也裝在絕緣器上。管道具有電流絕緣性能，提供10KV下總阻力1.5—2.5千歐姆的電阻。

4 阿帕尼高壓電極熱水鍋爐低谷電蓄熱工作原理

蓄熱電鍋爐由電熱元件、蓄熱器、板式換熱器、循環(huán)水泵、定壓補(bǔ)水裝置及控制系統(tǒng)等組成。蓄熱電鍋爐在夜間谷電時(shí)段，用電加熱將封閉容器內(nèi)的水加熱至130℃，并以熱能形式儲(chǔ)存在蓄熱容器內(nèi)供白天峰、平電時(shí)段使用。以達(dá)到完全避峰避平目的，將峰、平電時(shí)段的用電量轉(zhuǎn)移到谷電時(shí)段，大大減少運(yùn)行費(fèi)用。

5 阿帕尼高壓電極熱水鍋爐低谷電蓄熱工作特點(diǎn)

（1）具有多種蓄熱供熱方式，既可單一蓄熱或放熱，也可以邊蓄邊供、直供、聯(lián)和供熱等多種供熱方式。

（2）根據(jù)熱力學(xué)原理以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將鍋爐內(nèi)部自然循環(huán)與外部強(qiáng)制循環(huán)完美的結(jié)合，使水溫均勻上升蓄熱量達(dá)到最高。

（3）極高的可靠性，儲(chǔ)存的熱能在任何時(shí)候都能提供熱水，能平衡高峰滿足瞬時(shí)量大的需求，緊急情況下可直供使用。

（4）每臺(tái)蓄熱電鍋爐都有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)蓄熱鍋爐智能化的全自動(dòng)運(yùn)行及故障保護(hù)。endprint

（5）選用的法蘭式鎳鉻鐵合金電熱元件，其優(yōu)良材料、先進(jìn)生產(chǎn)工藝及低瓦特密度設(shè)計(jì)，保證了電熱元件使用壽命。

6 阿帕尼高壓電極蓄熱鍋爐在國(guó)內(nèi)供熱企業(yè)首次成功投入運(yùn)行

2016年1月18日上午10點(diǎn)，濟(jì)南熱力林景山莊高壓電極蓄熱鍋爐成功投入運(yùn)行，屬國(guó)內(nèi)供熱企業(yè)首次成功投入運(yùn)行。該項(xiàng)目位于山東省濟(jì)南市經(jīng)十東路3366號(hào)林景山莊小區(qū)內(nèi)，占地面積1150㎡，建筑面積2300㎡，建設(shè)規(guī)模為2×8MW高壓電極熱水鍋爐，7×156.5m3蓄熱罐，1×156.5m3膨脹罐，及相關(guān)附屬配套供熱設(shè)施和電力設(shè)施，總投資約2000萬(wàn)元，供熱面積20萬(wàn)㎡，利用供電電費(fèi)峰谷差值，在供電谷值時(shí)段，以水為熱媒進(jìn)行加熱，并將其儲(chǔ)存在熱水罐中，蓄熱水泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，維持蓄熱罐溫度在設(shè)定值。在供電高峰時(shí)段關(guān)閉或開(kāi)啟部分電鍋爐，由儲(chǔ)存在蓄熱罐中的熱水經(jīng)系統(tǒng)循環(huán)泵向采暖系統(tǒng)供熱，鍋爐為瑞典阿帕尼進(jìn)口，工作電壓10KV。高壓電極蓄熱鍋爐充分利用低谷電，無(wú)污染，高效安全，節(jié)能環(huán)保，能大大減少氮氧化合物、二氧化硫、煙塵的排放，能有效的改善環(huán)境空氣質(zhì)量，完成節(jié)能減排指標(biāo)。為此，中央電視臺(tái)還作了專題報(bào)道。

7 高壓電極蓄熱鍋爐在電能替代領(lǐng)域的示范效應(yīng)

2015年10月27日上午，國(guó)網(wǎng)山東電力黨委書(shū)記蔣斌，濟(jì)南供電公司總經(jīng)理錢(qián)慶林參觀考察了林景山莊高壓電極蓄熱鍋爐供暖項(xiàng)目。國(guó)網(wǎng)山東電力蔣斌書(shū)記對(duì)項(xiàng)目建設(shè)情況表示了肯定，并表示，電力公司會(huì)加大對(duì)濟(jì)南熱力的工作支持，希望能夠加快推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)，爭(zhēng)取盡早竣工投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)安全科學(xué)管理，充分發(fā)揮項(xiàng)目作用。

2016年1月15日，濟(jì)南市發(fā)改委王成梁副主任、能交處邊副處長(zhǎng)、濟(jì)南市經(jīng)信委經(jīng)濟(jì)運(yùn)行局盛副局長(zhǎng)等一行四人來(lái)到林景山莊小區(qū)，參觀調(diào)研林景山莊高壓電蓄熱鍋爐項(xiàng)目并給予了較高的評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)濟(jì)南熱力在新能源供熱的道路上積極探索，提高供熱服務(wù)水平。

2016年1月30日，省委常委、市委書(shū)記王文濤，市委常委、副市長(zhǎng)蘇樹(shù)偉等市政府領(lǐng)導(dǎo)，到林景山莊高壓電極蓄熱鍋爐供熱項(xiàng)目調(diào)研，王書(shū)記對(duì)濟(jì)南熱力在新能源利用，供熱服務(wù)等方面的工作給予了充分肯定，并對(duì)下一步的工作提出了要求，一是要進(jìn)一步提高供熱精細(xì)化管理水平，為廣大市民提供貼心周到的供熱服務(wù)；二是加快新能源供熱推廣速度，不斷探索新能源供熱方式；三是加大節(jié)能減排力度，為濟(jì)南市環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排、治霾抗霾做出更大貢獻(xiàn)。

2016年12月15日，山東省電能替代現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)會(huì)代表團(tuán)到林景山莊供熱站現(xiàn)場(chǎng)觀摩，省發(fā)展改革委副主任魏建強(qiáng)等省政府領(lǐng)導(dǎo)，華北電力大學(xué)曾鳴教授以及來(lái)自全國(guó)電能替代領(lǐng)域的專家、科研機(jī)構(gòu)，及山東省能監(jiān)辦、財(cái)政廳、住建廳、經(jīng)信委、環(huán)保廳近200余人參加。林景山莊高壓電極蓄熱鍋爐供熱項(xiàng)目是實(shí)施電能替代的一項(xiàng)重要成果。此次觀摩活動(dòng)，重在加快推進(jìn)電能替代工作，為加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，強(qiáng)化大氣污染防治，著力保障和改善民生具有重要意義。

2017年2月24日，國(guó)家能源局副局長(zhǎng)、黨組成員李凡榮帶隊(duì)到林景山莊供熱站調(diào)研電能替代工作，省發(fā)改委主任魏建強(qiáng)參加調(diào)研活動(dòng)。通過(guò)實(shí)地調(diào)研，調(diào)研組領(lǐng)導(dǎo)在交談時(shí)指出，國(guó)家能源局對(duì)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整及新型能源的利用高度重視，將通過(guò)政策引導(dǎo)推進(jìn)新能源的應(yīng)用。同時(shí)，充分肯定了濟(jì)南熱力集團(tuán)有限公司在新能源推廣應(yīng)用、市場(chǎng)化運(yùn)作等方面取得的成績(jī)。endprint