固体蓄热储能炉
 
     “固体蓄热储能炉”是集加热、储能、热交换及电控技术于一体的高科技产品。它采用了先进的水电分离技术、高压控制技术和储能保温技术,将夜晚电网闲置的低谷电转换成热能储存起来,通过交换装置全天24小时连续释放,实现了大规模和超大规模供热能力,可以完全替代目前广泛使用的燃煤、燃气、燃油锅炉,使用过程中没有任何废气、废水、废渣产生,实现了二氧化碳零排放,是供热领域环保升级换代产品。
 
      特点:利用夜间的电网低谷电能加热储能设备,将电能转化为热能。按照生产和生活的需要用存储的热能生产所需的热水、蒸汽和热风。
      用途:设备可生产85℃以下的常压热水、100~180℃的高压蒸汽、100~300℃的常压热风。可以根据用户需要,设计多种供热形式组合的设备,实现热能生产现场化,避免管道铺设产生费用和管道的能源消耗。
      寿命:产品使用的储能材料全部经过1400℃以上的高温处理,储热体的工作温度低于600℃,储热体在长期热循环状态下不会变形、开裂、损失储热能力。储能材料使用寿命可达20年以上。
      安全性:储热体在工作温度范围内结构稳定;在热能输出过程中采用水电分离技术,电系统与水系统保持隔离状态,绝缘性能好;热交换器本体与外框架具有良好的接地及保护措施,确保设备不会发生人身触电事故。本产品已由保险公司承保。
      标准化:产品采用模块化设计,安装维护方便,占用空间小,也可根据用户需求和现场实际情况灵活配置,产品可安装在建筑物内的地下室或一层,也可以安装在户外。
      适用性:产品适用380V~10KV多种工作电压等级。根据用户现场条件和设备功率大小选择不同输入电压等级,可减少设备投资
      节能高效:热效率高。设备按需供热,免除无谓的热能浪费;在家庭和社会的综合利用上都充分体现节能效率。
      绿色环保:不耗氧;无废水、废气、噪声等污染,是真正“零污染”的环保节能产品。
      安全舒适:替代燃煤取暖可免除燃煤的存放、搬运、垃圾的排放及煤气中毒的隐患,生活清洁、安全、舒适。
 
一、产品特点
      ■供电的安全性
     对于电蓄热储能炉,锅炉供电是一个危险性很高的用电方式,为保证设备正常运行,确保人身、设备安全,锅炉供电系统安全保护是系统设计首要问题。
      ■蓄热材料的稳定性
     蓄热材料是蓄能式电蓄热炉的核心材料,蓄热材料的稳定性直接关系到设备的运行状况和使用寿命。采用我公司自主研发的固体蓄热砖,热容量及导热性高,耐高温,耐高温氧化,使用寿命长。
      ■高效的智能控制
     根据季节的变化及用户的实际需求,系统具备电锅炉蓄热同时供热模式、电锅炉单独供热模式、蓄热装置单独供热模式、电锅炉与蓄热装置联合供热模式等多种运行模式转换功能。为了达到节能降耗的目的,控制系统还可做到对锅炉系统的各项运行参数进行实时采集、分析及修改,并可通过通讯接口实现与楼宇系统的控制一体化,节约投资、便于管理。
 
二、核心技术
      ■高密度热存储技术
      蓄热储能炉的核心部件是高效的蓄热体,可耐受1400℃高温的高密度、高热容的蓄热材料,耐高温、蓄热与传热性能平稳,导热系数好,同时具备体积小、热容量大、蓄热能力强、性能稳定、热量释放稳定等优点,在600℃正常工况条件下,可连续运行20年免维护。
      ■高压供电、大功率发热技术
      可将6KV~10KV高压不经过变压直接引入发热体,解决了大功率储热的世界性难题,可大大提高储热效率。可实现变功率输出、高压自动控制等高难度技术,获得了高电压大功率电热储能技术国家专利。
      ■水电分离技术
     采用了独创的水电分离技术,高温蓄热体与热水输出的装置之间没有直接关联,供电加热电路与蓄热体不是一体式,而是相互分离的,充分保证了设备在各种场合的安全运行,解决了设备绝缘问题。
      ■智能自动控制技术
      全自动智能控制,设备自动运行,无需人工值守。控制系统具有自动、手动、远程控制等多种控制方式,切换使用,对加热蓄能、炉体温度、供回水系统温度及能量管理实现智能控制,可实现有线和无线双重监控,系统发生故障可能够实时自动报警。同时用户根据自己的需要购电取暖,计量明确;用户可按需独立开关、自行设定、调节,方便灵活。
      ■热能转化技术
     采用对流热传导专有技术,可实现热交换达到97%的超高传导比。
 
三、工作原理
     固体蓄热储能炉采用水电分离技术,结构简单、安全可靠、操作简单易懂、换热完全可控,主要分为以下5个步骤:
     (1)热量产生: 首先电加热带将电源转化为热量。
     (2)热量储存: 热量产生后被储存在高密度储能热介质中。
     (3)热量控制: 为了提高储存热能的利用率,做了多重保温处理, 以防止热量散失。
     (4)热量释放: 被储存的热量通过循环风机有序地向外释放, 风机转速根据实际水温由变频器通过计算机控制。
     (5)热量输送: 利用风机将空气送入储热介质中的风道加热后, 进入热交换器内, 并和循环水交换, 被加热的循环水由循环泵送入输热管线内, 达到供热目的,换完热量的风重新回到风道加热,实现闭环控制。
 
四、关键部件设计
(一)固体蓄热材料
     固体蓄热材料的比热只有水的(1/3~1/4),但由于固体蓄热材料的密度为水的3倍左右,正常蓄热温度可达600度,使得固体蓄热材料的蓄热能力比同体积水的蓄热能力大4-5倍左右,如采用特殊的蓄热材料,蓄热能力还可增加。由于固体蓄能装置的体积小,不承压,对其形状没有特殊要求,装置的占地面积和设备投资大大降低,因此它不仅克服了传统蓄热方式的缺点,而且兼具环保、高效、节能、安全等诸多优势。
     为了增加材料的蓄热能力,要求蓄热材料具有高的热容量,这取决于材料的比热和容重。为了快速储能和释放储存的能量,要求蓄热材料具有较高的导热系数和较高的比热容。镁铁砖的热容量和导热性都高,可满足要求。
     为使固体蓄热体达到高效率的蓄热且体积保持最小化,因此要求固体蓄热介质在物化属性上要求必须是耐高温,耐高温氧化,使用寿命长。
     蓄热材料的关键技术指标和参数如下:
         1、其具有绝缘特点,不导电、抗压强度高、高比热容、耐高温
         2、氧化镁为主,其含量大于55%;三氧化二铁含量大于41%
         3、氧化钙不小于1%;其他改善剂2%
         4、比重:3.0-3.2±0.1T/m3
         5、比热容:1.13kj/kg.k(即蓄能砖每公斤升高或降低一度吸收或释放1.13千焦耳的热量)
         6、热导率:4.32w/m.k
         7、蓄热砖的温度时间特性随着温度的升高会有微小的下降,900度以下与时间基本是一条直线,超过900度升温上升率会下降,所以一般正常使用温度以600度为宜。
(二)炉体保温结构
     设备中的蓄热介质要达到尽可能的高温加热值,才能达到高效蓄热目标,这对保温材料提出了极高的要求。因为要达到最低的热损失及最高的热效率,必须要合理的解决这一显要的矛盾,才可以达到高效能、低损耗、最经济、高性价比的目标。
     通过大量的调查及实验研究,我公司最终采用三重保温结构对锅炉主体进行保温。实验结果,环境温度0℃封闭空间内,在炉体内部温度达到500℃时,锅炉主体外壁温度小于20℃。
(三)锅炉炉体
     蓄热储能炉主要由加热管、蓄能模块、风道、内胆及保温材料等构成。加热系统一般由加热带组成。内胆由耐高温不锈钢组成形成封闭的储热空间。保温层由硅酸铝材料和膨胀玻化微珠高效保温材料浇注而成,置于内胆的外部。蓄热时,电流通过加热带产生热量均匀缓慢传递给蓄能介质,介质升温速度控制在每小时40-60度,在装置的内部安装多路热电偶,用于测量加热和冷却过程中蓄热体内的温度分布。通过智能控制系统对数据进行综合分析后,可以进行调整,炉内设有专门的维修通道,不仅满足维护的需要,还可对蓄热体内的温度分布做局部调整。
     固体蓄热储能炉为水电分离式结构,体积仅为热水蓄热式电锅炉的1/5。由于采用独特的保温措施,因此最大程度的提高了锅炉热效率(热效率≥95%)。该锅炉为模块化设计,可根据现场实际情况自由组合,循环泵接在换热器出水口,工作时换热器处在无压状态,因此大大提高了安全系数并大幅度的降低了锅炉的制造成本。
(四)供电系统
     根据项目特点和电力情况,固体蓄热储能炉可以选择高压或低压供电,满足各种电力条件的使用需求。设备使用供电时,必须严格避免设备短路放电,必须按标准安装避雷装置,电压、电流互感器必须可靠接地,电压互感器二次侧严禁短路,电流互感器二次侧严禁开路等安全措施。同时,采用合理的线缆敷设方式,加设严格安全的封闭保护装置。主要防护措施有:
         (1)配电柜均采有电气五防;
         (2)配电的操作电源均为AC/DC110~220V,采用低压控制高压,安全性提高;
         (3)采用的控制保护类别先进。
(五)智能化控制
     智能化控制系统是组成蓄热系统的关键部分。自控系统通常包括:传感检测元件、风机、热交换器、系统控制柜。整个系统采用可视化、图形形象化、傻瓜式控制,控制元素少,易于操作,触摸屏采用10.4寸以上显示屏并配以工业级可编程序控制器,实现自动化控制。参数设置和数据显示在触摸屏上一目了然。
  本公司通过多年的研究与实验并结合用户反馈,优化了蓄热式电热锅炉的控制系统,使之更加人性化和合理化。
         (1)储存热量和释放热量分离。即在用电低谷时满负荷运行,用廉价的低谷电加热储能,与释放热量没有必然的联系;根据采暖各时间段供暖所需温度通过变频器调节风速精确控制出水温度,每天根据不同时间段所需的不同水温自动分段调节。
         (2)通过合理选择电热带的材质和加热功率,大大提高加热元件的使用寿命,使加热元件的使用寿命提高到十年以上。
         (3)控制系统通过对电锅炉、蓄热装置、热交换器、水泵进行控制,调整蓄热与放热的运行工况,在最经济的情况下给末端提供稳定的供水温度。
根据季节的变化及用户的实际需求,该系统还具备电锅炉蓄热同时供热模式、电锅炉单独供热模式、蓄热装置单独供热模式、电锅炉与蓄热装置联合供热模式等多种运行模式转换功能。具备自动、手动、远程等多种控制方式。 为了达到节能降耗的目的,本公司研发的控制系统还可做到对锅炉系统的各项运行参数进行实时采集、分析及修改,并可通过通讯接口实现与楼宇系统的控制一体化,实现了无人值守智能控制,同时系统发生故障能够自动报警。节约投资、便于管理。
 
五、主要技术参数
     设备额定电压: 380~10000V。
     蓄热温度:根据用户需求,炉体蓄热温度可在300~700℃之间可调。
     可保证在600℃正常工况条件下,连续运行20年。
     储热体结构稳定;电系统与水系统保持隔离状态;热交换本体与外框架具有良好的接地及保护措施。
     承压:锅炉炉内无压,换热设备承压为:0~2.5MPa,可满足常规供暖系统设计要求。
     供水温度:根据用户需求,热水出水温度30~90℃可调。
     适应环境温度: -20℃+50℃,适用环境湿度≤95%。
     热转换效率为97%,有效功率为95%。