電能代替及蓄熱裝置在供暖改造中的應用研究

趙維娜 葉雨澄 丁艷 馬雪超

摘? 要：隨著經濟和社會的發(fā)展，能源和環(huán)境兩大難題日益凸顯。石油和天然氣為非清潔能源且不可再生，存儲量告急。用電峰谷差距較大造成電能浪費嚴重，相變蓄熱技術是解決用電峰谷差及時間零排放、零污染的有效手段。相變蓄熱供暖系統(tǒng)能夠解決熱量供應的時間與空間矛盾的問題，是提高能源利用率的重要途徑之一。該文針對蓄熱電鍋爐的蓄熱原理進行簡要介紹，并對市場上成熟的蓄熱鍋爐進行比較，為電能代替及蓄熱裝置在鍋爐改造中的工程應用指明方向。

關鍵詞：電能代替? 蓄熱材料? 供暖改造? 應用

中圖分類號：TU995 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（c）-0052-02

能源是經濟與社會發(fā)展的命脈，然而人類對傳統(tǒng)化石燃料的過度依賴嚴重影響和制約著自然環(huán)境的良好維護及其可持續(xù)發(fā)展。伴隨著當今社會與經濟逐步向現代化推進，我國的能源生產總量與消費額已躍居世界前列，但諸如能源結構不完善、利用效率普遍不高、開發(fā)水平低等一系列問題依然亟待解決。

當前，城市區(qū)域對電力資源的科學合理使用的重要舉措是轉移電力高峰用電量，平衡電網峰谷差，提高現有發(fā)電設備和輸變電設備的使用率，這樣可以減少傳統(tǒng)能源使用引起的環(huán)境污染，充分利用有限的不可再生資源，平衡生態(tài)環(huán)境。

與傳統(tǒng)的燃油燃氣鍋爐相比，電鍋爐具有明顯的零排放、零污染優(yōu)勢。電鍋爐儲能蓄熱采暖是以電鍋爐為熱源利用城市電網供電峰、谷時段電價差在谷電時段開啟電鍋爐將熱能存儲到蓄熱裝置中，在電力高峰時段關閉電鍋爐，將儲存在蓄熱裝置中的熱能通過循環(huán)泵輸送到供暖末端進行供暖。供暖系統(tǒng)設備滿負荷運行比例增大，提高設備利用率。同時，充分利用變壓器和高低壓配電柜用電低谷時段利用率提高。

1? 蓄熱材料

蓄熱材料是蓄熱式電供熱設備的技術核心。蓄熱材料的物理屬性決定了蓄熱式電鍋爐的供暖系統(tǒng)布置方式和適用范圍。只有單位質量（體積）蓄熱量大、溫度波動?。▋?、放熱過程近似等溫）、化學穩(wěn)定性高和安全性強的材料才能夠更好地滿足我國北方冬季供暖需求。目前，蓄熱方式主要有4種：顯熱蓄熱、潛熱蓄熱、熱化學反應蓄熱、吸附蓄熱。

1.1 顯熱蓄熱

將物質發(fā)生溫度變化時所吸收或釋放的熱能存儲起來，如較高溫度的水降低溫度，需要向外界釋放熱能，從而達到升高外界溫度的效果。常見的顯熱蓄熱材料有水、巖石和陶瓦粒等，由于水和巖石等熔、沸點較低，所以，這類蓄熱材料一般用于中低溫環(huán)境。

1.2 潛熱蓄熱

即相變蓄熱，就是利用熱能使物質發(fā)生相變（如固態(tài)與液態(tài)之間的轉換），將相變過程吸收或釋放的熱能存儲起來，在需要時釋放出去，達到制冷或制熱的效果。潛熱蓄熱主要利用物質相變過程，所以又稱相變蓄熱，分為低溫蓄熱和高溫蓄熱;常見的相變材料主要有石蠟類、融化鹽類和金屬等。

1.3 熱化學反應蓄熱

其是指利用可逆化學反應的結合熱儲存熱能。常見的化學反應蓄熱材料有無機鹽和無機氫化物等。

1.4 吸附蓄熱

吸附是指流體相（含有一種或多種組分的氣體或液體）與具有多孔的固體顆粒相接觸時，固體顆粒（即吸附劑）對吸附質的吸著或持留過程。吸附蓄熱材料的蓄熱密度可高達800～1000kJ/kg，具有蓄熱密度高、蓄熱過程無熱量損失等優(yōu)點。

其中，熱化學反應蓄熱和吸附蓄熱，市場化程度小和推廣度不高。目前，市場主流的蓄熱鍋爐按照蓄熱材料分為水蓄熱電鍋爐、蓄熱磚電鍋爐和低溫相變蓄熱電鍋爐。

2? 主流蓄熱電鍋爐比較分析

2.1 水蓄熱電鍋爐

水蓄能電鍋爐將熱能存儲在水中。采暖時，以水為介質，將熱能通過循環(huán)泵送入室內散熱器。水蓄熱設備物理、化學和熱水學性質穩(wěn)定，技術成熟，而且水可以兼做蓄熱介質和傳熱介質，在蓄熱系統(tǒng)內可以免除熱水交換器。水是常用溶液中，比熱容最大，熱膨脹系數最小，粘滯性小的液體，適合于自然循環(huán)和強制循環(huán)的供熱系統(tǒng)。而且水的來源豐富，價格低廉。但是水作為一種電解腐蝕性物質，所產生的氧氣易于銹蝕金屬，且對大部分氣體來說都是溶劑，因而對容器和管道容易產生腐蝕。水凝固時體積膨脹大10%左右，易對容器和管道造成破壞。

2.2 蓄熱磚電鍋爐

電鍋爐通過對蓄熱磚進行加熱，將熱量儲存在蓄能磚中。采暖時，蓄能磚放熱，以空氣為介質，用空氣的熱量對流將供暖系統(tǒng)中的水進行加熱。主要的儲能材料為二氧化硅、三氧化二鐵等。蓄熱磚屬于無機蓄熱材料，無毒無污染，儲熱效率高，占地面積小。但是由于蓄熱磚在蓄熱過程中通過熱空氣傳導，傳熱效率低、動力消耗大、噪音大、熱損失較大，更適用于工業(yè)高溫供暖。

2.3 相變蓄熱電鍋爐

電鍋爐通過對相變材料進行加熱，將熱量存儲在相變材料中。采暖時相變材料放熱，將熱量通過換熱器將熱量傳送到室內散熱器。不同種類的相變材料能夠適應于不同的應用環(huán)境中。市場上常見的無機相變材料屬于不可燃環(huán)保材質。蓄熱能力是正常水蓄熱的5倍以上。相同蓄熱容量條件下，相變蓄熱設備比水蓄熱要小很多。

主要參數對比見表1。

3? 結語

綜上所述，在解決能源和環(huán)境兩大難題方面：

（1）電能相比其他能源方式具有零排放、零污染、純電熱管加熱優(yōu)勢，不受氣候影響。

（2）蓄熱裝置能夠充分利用峰谷電價優(yōu)勢，有比較好的運行成本優(yōu)勢。

（3）相變蓄熱模塊與傳統(tǒng)水蓄熱比較，占地面積小，布置方便。

蓄熱電鍋爐結合物聯網技術能夠實現供暖系統(tǒng)高度自動化，理論上實現無人化操作。隨著材料科學的進一步發(fā)展，更加優(yōu)質的相變蓄熱材料將會進一步促進蓄熱裝置的推廣和普及。

參考文獻

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