張勇

摘 要：本文主要介紹了高壓電極蓄熱鍋爐的結構組成、工作原理、工作特點、應用前景及示范效應。

關鍵詞：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 高壓電極鍋爐簡介

高壓電極鍋爐是利用水的高熱阻特性，直接將電能轉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：用來加熱介質水，一般為6KV—14KV；2 ）控制電源：用于鍋爐控制系統(tǒng)。

（2）保護要求。根據(jù)用電要求，需做如下保護：

1） 過流保護；2） 缺相保護；3） 短路保護；4）三相不平衡保護。

（3）加熱原理。高壓電極鍋爐給水一般采用除鹽水，除鹽水的電導率（25℃）小于0.3us/cm，該水導電性接近于零，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溶液，使爐水同時具備導電性，進而產(chǎn)生電阻，導致生熱。但是電導率并非越高越好，必須控制一定的量，一般電極熱水鍋爐爐水電導率維持在100us/cm以下。否則，較高的電導率極易將電極板擊穿，造成事故。

高壓電極鍋爐一般內(nèi)設兩塊電極板，電極板浸沒在水中，通電后，由于水的導電性，產(chǎn)生電阻，生熱將水變成高溫水，通過鍋爐外置換熱裝置可儲存，也可直供熱用戶。

高壓電極鍋爐由于是利用水的導電性直接加熱，因此電能全部轉化為熱能，能量損失接統(tǒng)鍋爐那樣缺水過燒現(xiàn)象。根據(jù)這一現(xiàn)象，我們也可通過調節(jié)鍋內(nèi)水位高低，達到調節(jié)運行負荷的效果。即，水位可調性為0-100%，電極板與水的接近零。當鍋爐因故缺水時，電極板之間的電流通道自然切斷，不存在傳觸面積也可調節(jié)至0-100%，進而電阻也可調節(jié)0-100%，熱負荷相應的得到調節(jié)，相對傳統(tǒng)鍋爐，調節(jié)范圍更廣。

（4）重點要求。1）嚴控給水硬度，杜絕電極板結垢；2）合理調節(jié)爐水電導率，創(chuàng)造合適的電流通道；3）加強鍋爐本體的絕緣效果； 4）控制系統(tǒng)準確靈敏。

（5）相對于傳統(tǒng)鍋爐的優(yōu)點。1）運行經(jīng)濟，調節(jié)靈活；2）啟停迅速，從冷態(tài)到滿負荷僅需十幾分鐘；從熱態(tài)到滿負荷僅需幾分鐘；3）能量損失小，節(jié)能、環(huán)保；4）可與各種儲熱設備聯(lián)合，做到調峰運行，而不影響供熱；5）運行人員少，勞動力成本大幅降低。

2 水蓄熱技術簡介

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

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

（2）基本設備。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，而核心技術則是溫度分層技術。

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、控制最簡單的型式。

（3）溫度分層型水蓄能原理。水的導熱性能非常差，約是銅的七百分之一，通常水的熱傳導，是通過密度差及重力引起的對流來實現(xiàn)的。如果通過一些措施，使得水池中的水密度分布下高上低，那么重力便不會引發(fā)水的對流，自然水體便可以實現(xiàn)溫度分層。

（4）蓄水池的結構。 蓄水池結構一般目前有兩種，在項目實施中，需根據(jù)實際情況，進行優(yōu)化選擇來決定蓄水池的結構。

建在地下的多為砼結構，建在地上的多為圓形的鋼結構。

3 阿帕尼高壓電極熱水鍋爐結構組成

阿帕尼電極熱水鍋爐，它有電極系統(tǒng)包含三相電極、中性點電極，三個控制保護罩。三個三相電極裝在鍋爐頂部絕緣套管上。中性點電極包含三個圓筒狀管子，它們包圍三相電極且裝在鍋爐本體上。三個控制保護罩控制鍋爐的輸出，它在三相電極上建立了一個屏。三控制保護罩通過操縱桿安裝在上面。動力輸出通過控制保護罩來控制，可以在10%—100%之間調節(jié)。熱水鍋爐連接到一個絕緣中性點的柵格上，因為鍋爐裝在絕緣體上，它的內(nèi)在具有一個耐高溫絕緣中性點。另外，管道、促動器，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、定壓補水裝置及控制系統(tǒng)等組成。蓄熱電鍋爐在夜間谷電時段，用電加熱將封閉容器內(nèi)的水加熱至130℃，并以熱能形式儲存在蓄熱容器內(nèi)供白天峰、平電時段使用。以達到完全避峰避平目的，將峰、平電時段的用電量轉移到谷電時段，大大減少運行費用。

5 阿帕尼高壓電極熱水鍋爐低谷電蓄熱工作特點

（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)熱力學原理以其獨特的結構設計，將鍋爐內(nèi)部自然循環(huán)與外部強制循環(huán)完美的結合，使水溫均勻上升蓄熱量達到最高。

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

（4）每臺蓄熱電鍋爐都有獨立的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)蓄熱鍋爐智能化的全自動運行及故障保護。endprint

（5）選用的法蘭式鎳鉻鐵合金電熱元件，其優(yōu)良材料、先進生產(chǎn)工藝及低瓦特密度設計，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內(nèi)供熱企業(yè)首次成功投入運行

2016年1月18日上午10點，濟南熱力林景山莊高壓電極蓄熱鍋爐成功投入運行，屬國內(nèi)供熱企業(yè)首次成功投入運行。該項目位于山東省濟南市經(jīng)十東路3366號林景山莊小區(qū)內(nèi)，占地面積1150㎡，建筑面積2300㎡，建設規(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，及相關附屬配套供熱設施和電力設施，總投資約2000萬元，供熱面積20萬㎡，利用供電電費峰谷差值，在供電谷值時段，以水為熱媒進行加熱，并將其儲存在熱水罐中，蓄熱水泵連續(xù)運轉，維持蓄熱罐溫度在設定值。在供電高峰時段關閉或開啟部分電鍋爐，由儲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口，工作電壓10KV。高壓電極蓄熱鍋爐充分利用低谷電，無污染，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)境空氣質量，完成節(jié)能減排指標。為此，中央電視臺還作了專題報道。

7 高壓電極蓄熱鍋爐在電能替代領域的示范效應

2015年10月27日上午，國網(wǎng)山東電力黨委書記蔣斌，濟南供電公司總經(jīng)理錢慶林參觀考察了林景山莊高壓電極蓄熱鍋爐供暖項目。國網(wǎng)山東電力蔣斌書記對項目建設情況表示了肯定，并表示，電力公司會加大對濟南熱力的工作支持，希望能夠加快推進項目建設，爭取盡早竣工投產(chǎn)，實現(xiàn)安全科學管理，充分發(fā)揮項目作用。

2016年1月15日，濟南市發(fā)改委王成梁副主任、能交處邊副處長、濟南市經(jīng)信委經(jīng)濟運行局盛副局長等一行四人來到林景山莊小區(qū)，參觀調研林景山莊高壓電蓄熱鍋爐項目并給予了較高的評價，鼓勵濟南熱力在新能源供熱的道路上積極探索，提高供熱服務水平。

2016年1月30日，省委常委、市委書記王文濤，市委常委、副市長蘇樹偉等市政府領導，到林景山莊高壓電極蓄熱鍋爐供熱項目調研，王書記對濟南熱力在新能源利用，供熱服務等方面的工作給予了充分肯定，并對下一步的工作提出了要求，一是要進一步提高供熱精細化管理水平，為廣大市民提供貼心周到的供熱服務；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，為濟南市環(huán)境保護、節(jié)能減排、治霾抗霾做出更大貢獻。

2016年12月15日，山東省電能替代現(xiàn)場推進會代表團到林景山莊供熱站現(xiàn)場觀摩，省發(fā)展改革委副主任魏建強等省政府領導，華北電力大學曾鳴教授以及來自全國電能替代領域的專家、科研機構，及山東省能監(jiān)辦、財政廳、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目是實施電能替代的一項重要成果。此次觀摩活動，重在加快推進電能替代工作，為加快能源結構調整，強化大氣污染防治，著力保障和改善民生具有重要意義。

2017年2月24日，國家能源局副局長、黨組成員李凡榮帶隊到林景山莊供熱站調研電能替代工作，省發(fā)改委主任魏建強參加調研活動。通過實地調研，調研組領導在交談時指出，國家能源局對能源結構調整及新型能源的利用高度重視，將通過政策引導推進新能源的應用。同時，充分肯定了濟南熱力集團有限公司在新能源推廣應用、市場化運作等方面取得的成績。endprint