电蓄热系统原理及工程应用 杭州华电华源环境工程有限公司 2006年10月 电蓄热系统原理电蓄热系统原理 ? 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5095?C。（高温蓄热可以达到135 ?C，甚至更高） 水蓄热装置的形式水蓄热装置的形式 ?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 迷宫式系统迷宫式系统 俯视图 隔膜式系统隔膜式系统 热水泵 蓄水槽 垂直隔膜式蓄热水槽采暖系统 热水 释热 蓄热 温水 电热机组 热水区域泵 多槽式系统多槽式系统 温度分层系统温度分层系统 蓄水槽 电热机组 热水循环泵 蓄热 释热 蓄热水泵 热水主管 温水主管 温度分层系统温度分层系统 蓄热水槽温度混合图5055606570758085900.30.270.240.210.180.150.120.090.060.0300.030.060.090.120.150.180.210.240.270.3离分界面距离（m）温度（）01h2h3h4h5h6h7h8h9h10h图中各条曲线分别代表不同时间的温度分布曲线。时间单位：S模拟初始条件为上90，下50。向上向下温度分层式蓄热装置设计原理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装置进水分布管设计 设计准则： 控制进出水在最低流 速以维持最大浮力 Fr=V/g(Tw-Tc)d1/2 ?弗洛德数Fr等于1.0或略低于1.0 蓄热系统配置模式蓄热系统配置模式 全量蓄热 分量蓄热 全量蓄热模式全量蓄热模式 020040060080010001200123456789101112131415161718192021222324 ? ? (h)D ? ?(kW)? 1 ? ? D ? D ? 1 T 1 ? 分量蓄热模式分量蓄热模式 010020030040050060070080090010001100120012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ? ? (h)? oo (kW)D ? 1 T 1 ? ? 1 ? ? 1 ? ? 1 ? ? D ? 蓄热系统流程蓄热系统流程 ?并联流程 ?串联流程 并联流程并联流程 特点: 1、两套水泵，初投资大，运行费高。 2、需考虑各工况下两级水泵的匹配运行。 3、板式换热器一次侧设计温差不能过大，一般设计为10。 4、控制相对复杂。 5、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 串联流程串联流程 串联流程特点串联流程特点 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。 串联流程特点串联流程特点 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 高高温蓄蓄热热系统统流流程 高温蓄热系统定压方式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0.17 MPa（表压），要维持系统的安全，最低压力不得低于0.27 MPa；电锅炉的承压为0.7 MPa（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。 压力控制（蓄热温度135） 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饱和水温度与压力的关系曲线 高温蓄热系统特点高温蓄热系统特点 ?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空气定压一体式高温蓄热系统 蓄热系统自动控制特点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。 控制系统界面控制系统界面 电热水锅炉电热水锅炉 电锅炉电锅炉 ?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 ?动态数字控制，P(I)调温、水泵连锁；电热元件轮流工作，实时参数显示，自动化程度高。 ?屏幕控制型：全免操作钮、全免指示灯、触摸屏面板、中文显示、人机对话、操作授权、实时信息、自动翻页。 ?采用进口仪表及温控器，西门子自控系统，西门子低压电气元器件等优质部件，可靠性高。 ?采用美资电热管专业厂生产的电热管配套。内胆采用合金防腐工艺，供应的热水品位高。 ?具有超温、超压、过流、短路、断水多重自动保护，可以做到无人值班，全自动运行。 ?无污染、无噪声，占地小，投资少，干净卫生，安装使用方便，安全可靠。 ?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。 全自动电热水机组、电热蒸汽发生器的 特 点 模块式电锅炉机组模块式电锅炉机组 模块式电锅炉机组优点模块式电锅炉机组优点 1、专业设计、工厂化生产，机组质量易于保证。 2、大大减少工地上的安装工作量。 3、减少了由于安装队伍素质参差不齐可能带来的弊端。 4、集中采购、集中加工，总成本降低。 5、模块化结构，局部停机不影响总体供热。 用户实例分析 杭州凤起大厦冬天的采暖面积约12000 m2，其中标准间客房200套、集体浴室水龙头30只、餐厅350位、办公、娱乐、商场等。详细参数参见下表12： 用 途 建筑面积 m2 床位或餐位或水龙头 备注 大堂及会议室 600 供暖 商场 250 供暖 办公 1700 供暖 集体浴室 20只 供生活热水 北楼 客房 6300 200间 供暖、供生活热水 餐厅 800 350个 供暖、供生活热水 集体浴室 10只 供生活热水 办公 1600 供暖 南楼 娱乐 600 供暖 蓄热式电锅炉方案机房设备配置与投资概算表蓄热式电锅炉方案机房设备配置与投资概算表 序号 名 称 型号与规格 数 量 总耗电 (kW) 总 价 (万元) 备 注 1 生活热水电热水机组 75 万 kcal/h 1 台 900 28.5 源 牌 2 采暖电热水机组 45 万 kcal/h 1 台 540 17.6 源 牌 3 生活热水循环泵 47m3/h，44m 1 台 22 2.2 国 产 4 供暖初级热水循环泵 45m3/h，13m 2 台 6 0.5 国 产 5 供暖次级热水循环泵 52m3/h，18m 2 台 11 0.8 国 产 6 热水蓄热水箱 50m3 2 个 21 定 制 7 采暖蓄热水箱 50m3 1 个 10.5 定 制 8 分水箱 10m3 1 个 2.2 定 制 9 采暖板式热交换器 600 kW 1 台 5 外 资 10 软化水系统 1 套 3 合 资 11 电气与控制系统 1 套 8 外 资 合 计 1460 99.3 即热式电锅炉方案机房设备配置与投资概算表即热式电锅炉方案机房设备配置与投资概算表 序号 名 称 型号与规格 数 量 总耗电 (kW) 总 价 (万元) 备 注 1 生活热水电热水机组 90 万 kcal/h 1 台 1080 35.1 源 牌 2 采暖电热水机组 53 万 kcal/h 1 台 630 22.8 源 牌 3 生活热水循环泵 47m3/h，44m 1 台 11 0.75 国 产 6 供暖热水循环泵 52m3/h，18m 1 台 5.5 0.39 国 产 9 分水箱 15m3 1 个 3.3 定 制 10 采暖板式热交换器 600 kW 1 台 5 外 资 10 软化水系统 1 套 3 合 资 11 电气与控制系统 1 套 8 外 资 合 计 1726.5 78.34 燃油锅炉方案机房设备配置与投资概算表燃油锅炉方案机房设备配置与投资概算表 序号 名 称 型号与规格 数 量 总耗电 (kW) 总 价 (万元) 备 注 1 燃油热水机组 80万kcal/h 2台 11 50 国 产 2 生活热水循环泵 47m3/h，44m 1台 11 0.75 国 产 3 供暖热水循环泵 52m3/h，18m 1台 5.5 0.39 国 产 4 分水箱 15m3 1个 3.3 定 制 5 蓄油罐及辅助设备 15m3 1套 12 国 产 6 采暖板式热交换器 600 kW 1台 5 外 资 7 软化水系统 1个 3 合 资 8 电气与控制系统 1套 8 外 资 合 计 27.5 82.44 各方案的经济分析各方案的经济分析 内 容 蓄热电机组方案 常规电机组方案 燃油机组方案 系统尖峰冷负荷 万 kcal/h 160 万 kcal/h 热水机组容量 万 kcal/h 120 160 160 机房设备用电功率kW 1461 1726.5 27.5 机房变压器容量 kVA 1475 1744 32 机房设备概算 99.3 78.34 82.44 机房电力增容费 免 免 2.9 一 次 投 资 合 计 99.3 78.34 85.34 年运行费 71.3 170.7 90.7 说明：a.双线路供电电力增容费：900元/kVA 电机组电力增容费全免 c.电热水机组试点计算电价:高峰时段：8:00-22:00 0.772元/kwh 低谷时段：22:00-8:00 0.204元/kwh d.杭州商业电价: 00:00-24:00 0.879元/kwh、油价：3.2元/公斤 单位：万元 有关华源公司的新闻报道：有关华源公司的新闻报道： ?自公司成立以来，浙江日报、杭州日报、浙江电力报、经济参考报、浙江青年报、浙江经济报、大众日报、钱江晚报、都市快报、温州日报、经济生活报等十几家报社对我公司蓄能空调工程所取得的成绩进行了大量新闻报道 华华源公司源公司储热电锅储热电锅炉部份炉部份业绩业绩表表 序号 名 称 工程概况 储热量 用电功备注 1 杭州凤起大厦 宾馆、办公、餐饮 10700 1440 华源总承包 2 杭州灵隐停车场 办公、娱乐、餐饮 无蓄热 990 华源总承包 3 浙江永康紫薇大厦 宾馆 1200 120 供设备 4 浙江舟山露台公寓 宾馆 1200 120 供设备 5 北京水利科学研究院 办公楼 5500 720 华源总承包 6 天津月坛商厦 商场 6500 810 华源总承包 7 上海贵人大厦 客房、娱乐、餐饮 800 661 华源总承包 8 上海日晖医院 办公楼 500 90 华源总承包 9 上海新天地 娱乐、游泳池 800 360 华源总承包 10 上海宝山区泗塘医院 办公楼 400 60 华源总承包 11 上海气象局宾馆 客房 960 120 供设备 12 上海漕溪北路华泾医院 医院供卫生热水 360 45 华源总承包 13 上海松江电力局 办公 3500 450 华源总承包 14 南京雨花供电局 办公楼 8640 1080 华源总承包 15 南京地税局办公楼 办公、住宅 1000 120 华源总承包 16 江苏徐州血站 门诊楼 3600 470 华源总承包 17 江苏省无锡电力培训中心 客房、娱乐、餐饮 930 450 华源总承包 18 无锡佳福国际贸易中心 综合楼 无蓄热 540 华源总承包 华华源公司源公司储热电锅储热电锅炉部份炉部份业绩业绩表表 序号 名 称 工程概况 储热量 用电功备注 19 常州金禧园 高级商住楼 225,000 3240 部分承包 20 江苏泰州供电局 客房、娱乐、餐饮 2100 540 华源总承包 21 江苏泰州开泰宾馆 客房、娱乐、餐饮 1000 120 华源总承包 22 江苏泰州供电局高港分局 办公楼 3500 450 华源总承包 23 江苏省电力公司 办公楼 3600 450 设备安装 24 江苏姜堰供电局 浴室 1200 180 供设备包 25 江苏丹阳供电局 浴室 1600 280 华源总承包 26 南通师范学院 宿舍办公洗澡 8600 1080 华源总承包 27 江苏徐州一中 学校 9500 1755 华源总承包 28 徐州飞鲸柴油机销售中心 办公 无蓄热 450 供设备 29 江苏龙熙宫大酒店 浴室 1620 450 供设备 30 山东淄博市实验中学 宿舍楼 无蓄热 1440 华源总承包 31 山东淄博公路管理局 宿舍楼 无蓄热 180 华源总承包 32 山东淄博太平洋保险公司 家属宿舍、办公楼 8000 1080 华源总承包 33 山东河口采油厂 办公楼 无蓄热 360 采暖设备 34 山东工程学院 办公楼 无蓄热 140 采暖设备 35 大连阳光中学 学校 无蓄热 3240 部分承包 36 福建莆田好运中心大酒店 宾馆、餐饮 3240 1350 华源总承包 华华源公司源公司储热电锅储热电锅炉部份炉部份业绩业绩表表 序号 名 称 工程概况 储热量 用电功备注 37 福建省三明列东饭店 饭店 1680 300 华源总承包 38 福建省政府机关事务管理办公楼 无蓄热 90 华源总承包 39 福建三明市三元宾馆 宾馆 无蓄热 225 华源总承包 40 福建永安电力物资公司 办公楼 无蓄热 210 华源总承包 41 中国国际钢铁有限公司 工业生产 无蓄热 160 华源总承包 42 陕西长虹化工厂 军工厂 无蓄热 150 华源总承包 43 西北电力调度中心 办公楼 无蓄热 1060 华源总承包 44 陕西省委 3 号楼 办公楼 无蓄热 2700 供设备 45 咸阳国际机场 宾馆 720 90 华源总承包 46 陕西省泽华贸易公司 宾馆 1000 120 华源总承包 47 西安供电局 办公 无蓄热 75 供货 48 陕西省机械进出口公司 办公楼 1650 165 华源总承包 49 山西阳泉电业局调度楼 办公楼 4680 585 华源总承包 50 山西省电力勘测设计院 办公楼 14,400 3060 华源总承包 51 郑州金源大厦 客房、娱乐、餐饮 7200 900 华源总承包 52 芜湖供电局办公大楼 办公楼 3800 420 华源总承包 53 西南空调科技工程有限公办公楼 无蓄热 105 华源总承包 54 贵阳宸龙实业有限公司 办公楼 无蓄热 225 华源总承包 55 湖南天园假日中心 客房、娱乐、餐饮 14000 2700 华源总承包 应用实例 卫生部电锅炉 应用实例 卫生部电锅炉 卫卫生部小区生部小区签签字字仪仪式的新式的新闻报闻报到到 武汉出版文化城 ?西北电力集团公司 南京地税局 南京地税局 常州金禧园 金禧园小区内景 金禧园空调机房 金禧园电锅炉 南京雨花供电局 镇江第一人民医院 广西人民医院 卫卫生部小区生部小区签签字字仪仪式的新式的新闻报闻报到到 ? 天津月坛商场电锅炉蓄热采暖系统 a、天津月坛主楼建筑面积16980m2, 中央空调冬季设计热负荷为1160kW ，采用315kW 电锅炉两台，蓄热水槽 140m3 ；附楼建筑面积1000m2,采用80kW电锅炉一台，蓄热水槽20m3。 b、无需专人管理,低谷电价0.20元/度,每天较油锅炉节约运行费用约300元。 湖南天园假日中心湖南天园假日中心 工程实例工程实例 ?淄博丰泰大厦电锅炉蓄热系统淄博丰泰大厦电锅炉蓄热系统 a、总建筑面积 28000M2 分为三幢家属宿舍和一幢办公大楼,设有一台1080kW电锅炉分量蓄热,蓄热槽165M3;另设一台400kW电锅炉供生活热水.使用性能良好. b、无需专人管理 ,低谷电价0.27元/度,每天较油锅炉节约运行费用约500元. c、无环境污染问题. d、使用调节灵活。 淄博实验中学 杭州灵隐停车场 南通师范学院 温州海龙大厦