电极式电锅炉蓄热系统简介

电极式电锅炉蓄热系统一、产品简介工作电压：一般采用中压电压（≥6kV）；大功率锅炉电压（可达13.5kV）；控制电压380/220V。保护措施：1）、过流保护；2）、缺相保护；3）、短路保护；4）、三相不平衡保护。加热原理：一般采用电厂除盐水，加入一定电解质，使炉水具有一定电阻。利用水的高热阻特性，直接将电能转换为热能并产生蒸汽的一种装置，装置包含高电阻绝缘的压力容器和三相电级。结构形式：名称浸没式电极锅炉喷射式电极锅炉连接高压电源电极直接浸炉水直接喷射到电极进行没在锅炉炉水中进行加加热，不直接浸没在炉水结构形式热。炉水与锅炉外壁采用中。电极与锅炉金属筒体绝缘隔离方式，避免锅炉“相对隔离”，金属筒体不金属筒体带电需要绝缘主要是补充“蒸发损失”喷射水量大，大功率的水循环水量的水量，用水量较少量甚至达到1000m3/h以上炉水导电率100μs/cm左右1700μs/cm左右要求与电极接触的炉水部无要求绝缘要求分与锅炉金属筒体绝缘隔离对进线电源没有特殊要求进线为三相四线中心点接电源要求地蒸汽品质含盐量低含盐量高功率调整范围：调整范围是1%-100%.在10%-100%的范围内可以做到无级调节。优点：➢锅炉利用水的电阻性直接加热，电能100%转化成热量，基本无热损失。当锅炉缺水时，电极间的电流通道被切断，不存在类似常规锅炉干烧的现象。➢体积小巧，启动速度快，从冷态启动到满负荷只需要几十分钟，从热态到满负荷只需1分钟。➢在节能领域，电极热水锅炉结合大型蓄能设备，在低谷电价时间段把蓄能装置内热水加温，在高电价时使用，能够起到平衡电网负荷的作用。图一：电极式电锅炉蓄热系统示意图二、国内外同类产品水平综述电极锅炉的应用在国外由来已久，世界上第一台电极锅炉于1905年诞生于欧洲。国内针对电极锅炉的研究始于20世纪80年代，主要是电热水锅炉技术，通常使用的是380V动力电，常压水箱作为蓄热体，此设备占地面积大、系统热效率低。20世纪80年代，承压蓄热一体化锅炉能有效减小设备占地面积，缺点是承压蓄热电锅炉技术的单台设备不能适用于高于100m3的蓄热体积。20世纪90年代，喷射式电极锅炉通过美国西屋公司进入中国，开始了长达十余年的价格垄断阶段。目前，国内的少数企业通过吸收欧洲技术并经过改造升级，形成了常压电极锅炉。年度主要发展里程碑1905年世界上第一台电极锅炉在欧洲出现，电压等级限制在2000V以下1920年代瑞典Z&I公司发明了浸没式电极锅炉，控制精度大幅度提高，采用高电压(6-15kV)直接供电，称为高压电极锅炉1926年瑞典Z&I公司生产了第一台ZETA品牌电极式锅炉1940年代欧洲发明了喷射式电极锅炉，瑞士SULZER公司成为这种产品的典型代1970-1980年欧美核电站建设进入高峰期，电极蒸汽锅炉由于清洁环保，安全度高，被核电行业普遍接受1990年代喷射式电极锅炉通过美国西屋公司的核电技术带进中国，开始了在中国长达十余年的价格和技术垄断1995年瑞士Leibstadt核电站使用的喷射式电极锅炉出现氢气泄露事故，出于安全考虑，欧洲市场从此只接受浸没式电极锅炉2009年世界能源危机和金融危机凸现，中国可再生能源事业加速发展，电极锅炉迎来了重大发展机遇，ZETA品牌登陆中国2012年国内首个采用电极式锅炉的火电灵活性（孤网平衡）项目在山东日照钢钢铁厂完成，对电网的平衡实现了毫秒级的响应。项目中使用了4台40MW的电极式锅炉产品，是目前为目国内最大的电极式锅炉应用项目。2016年中国市场ZETA电极锅炉使用量超50台，分别应用于风电消纳与区域供热、核电设备启动、电网平衡等领域，同时，ZETA锅炉技术升级到第7代新疆乌鲁木齐高铁项目完成，进入运行，成为目前为止全国最大规模的风电消纳供热项目。项目中使用了6台8MW的电极式锅炉，总容量9277立方米的蓄热水罐。该工程的供热面积为43万平方米。三、经济效益比较3.1投资内容•可研评估费，设计费•设备采购费，安装费•土建施工费•配电系统设计安装费•压力容器监检费（常压系统不需要）3.2投资概算•4-10MW电极锅炉系统，每1kW造价550~1000元之间•12-40MW电极锅炉系统，每1kW装机造价350~500元之间•45-70MW电极锅炉系统，每1kW装机造价300~350元之间3.3设备价格•相关配套设备：热交换器，水泵，控制，水处理，加药，管路，设计和安装•电费：主要费用•水费：一般忽略不计•运维人员工资：可按1~2个人员考虑（1~4套设备时）•维护保养（备品备件、检修工具等）：每年小于设备投资的1%•设备定期检修、临时检修费、中长期大修费：平均每年小于设备投资的2%3.4费用比较将1吨水变成1吨蒸汽所消耗的热量约：700kWh如果电价为：电价0.25元/kWh，175元/k吨（电极炉）当前蒸汽的价格：110~230元/k吨（煤锅炉）四、市场前景分析在民用领域，电极锅炉及系统主要应用于城市供热。目前我国约有城市700座，到2020年左右将达到1500座，中国人口将达到15-16亿。一半人口居住在城市，城市采暖面积将不断增加，供热普及率也不断提高。目前我国城市的能源使用仍然以燃煤、燃油为主，造成严重的环境污染，相比较之下，电能作为清洁能源，具有明显优势。而电极锅炉利用谷期电能集中供暖的新模式与国家节能降耗的大方针一致，保守估计该领域拥有千亿级别的市场有待企业挖掘。在工业领域，电极锅炉广泛应用于火电企业启动锅炉、风电及太阳能企业调峰锅炉，并为造纸、化工、汽车、造船、食品等企业提供生产用的高品质蒸汽及高温热水。以发电企业为例，2010年五大发电公司旗下有超过500余家发电公司，此外各地热电企业、自备电厂、地方所属电厂的数量有上万家，该领域对启动锅炉有一定的需求。随着风电及太阳能行业的不断发展，对调峰锅炉及技术的需求也将趋于旺盛。目前，我国提供电极锅炉及基于电极锅炉的专业技术服务的企业数量在不断增加，代理国外的品牌也在逐渐丰富，但该市场还未形成龙头性的企业。因此，该领域为中小企业提供了充分竞争及快速发展的机会，未来市场前景广阔。五、产品应用场景•综合能源区域供热；•电网平衡；•核电启动；•风电消纳；•煤改电；•火电灵活性改造；•电能替代；•削峰填谷的作用六、建议1.当前对电极式电锅炉产品认识不够充分，建议做专项研究，依托专业的电锅炉厂家进行项目合作，配套许继的保护系统，后期同步开发优化电锅炉具备接入综合能源服务的保护控制成套系统，并考虑自主进行电极式电锅炉的开发；2.根据目前市场情况，电极式电锅炉可以作为综合能源服务的核心产品之一，进行重点推广。此外，国家暂无电极式电锅炉相关，许继引导电科院推进相关标准的规范和标准制定。3.推荐潜在合作厂家：北京瑞特爱能源科技股份有限公司附录一：常规电极锅炉与普通电阻锅炉对比序号对比项普通电阻锅炉电极锅炉一、安全性国家质量技术监督检验检国家质量技术监督检验检1.1制造资质许可疫总局颁证许可疫总局颁证许可省级质量技术监督局审核省级质量技术监督局审核1.2设计审核批复批复市级以上锅炉检验院驻厂市级以上锅炉检验院驻厂1.3材料审核监检监检市级以上锅炉检验院驻厂市级以上锅炉检验院驻厂1.4制造监检监检监检使用地锅炉检验所报备监使用地锅炉检验所报备监1.5安装监检检检使用地锅炉检验所验收后使用地锅炉检验所验收后1.6安全运行许可颁发颁发0.4KV，普通配电要求，常10KV，高压供电，供电及电压等级及要求规供电，不需要专业的运运行安全要求高，运行人1.7行人员员专业要求高二、可靠性工厂试验生产、主要技术工厂生产，标准化工业产产品类型来源于进口，民用市场处2.1品，市场使用广泛。于试点运行阶段。工厂检验，标准化出厂检目前还没有专用的国家相检验手段验，国家有详细的执行标关标准，主要以国外或企2.2准业标准执行。电热锅炉、蓄热模块均为电极锅炉设备属于新型产设备通用性标准产品，按系统组合使品，主要元器件均为特殊2.3用，可灵活组配专用产品采用经过处理的电导水运2.4介质要求采用普通软化水运行即可行2.5设备最低使用寿命20年15年三、加热性能电阻电热管，属于成熟产电极棒或电极板，目前无加热原件品，国家有相应的执行标3.1相应标准准不锈钢电极板或石墨电极3.2加热原件材质不锈钢加热管棒电阻丝通电产生热量后，通过电极及水的电导进行通过热传递对介质进行加加热原理加热，根据水的流量或水热，每根或每组的加热功3.3位控制加热功率率固定完全浸没在水中，根据压完全浸没在水中，根据压3.4工作温度力可在200℃以内运行力可在200℃以内运行电加热元件通过绝缘材料电加热原件直接与加热介绝缘方式与加热介质隔离，并且电质接触，通过炉体及电极3.5气上设有相应保护绝缘端子缘。与外界绝缘。四、配电及控制要求4.1供电电压0.4kv6-10kv需要高低压配电设备及变4.2供配电设备只需要高压配电设备压器自动控制柜，常规配电元自动控制柜，与高压配套4.3控制设备器件的控制元器件属于常规控制要求，简单需要专业或经过严格4.4控制操作性医学，普通人员即可执行的操作人员五、设备占地要求（不含蓄热系统）可在10-10000kW任意配可在3000-50000kw配置，单台功率使用范围置，适合在2-10MW的设较适合于大于10mw的设备5.1备上使用上使用5.26MW锅炉占地30㎡30㎡5.36MW控制设备占地6㎡2㎡5.46MW高压设备占地10㎡8㎡5.56MW低压设备占地150㎡无5.6系统控制设备4㎡4㎡5.7合计200㎡44㎡六、系统配置要求一次换热循环水泵及二次一次换热水泵、二次换热6.1循环水泵供热水泵水泵、二次供热水泵6.2补水泵一次及供热补水泵一次、二次及供热补水泵6.3换热设备一次换热需要两次换热6.4储热设备相同相同七、投资（参考价格）7.16MW设备投资135万元380万元7.2高压配电投资40万元35万元7.3低压配电投资150万元无7.4325万元415万元八、运行费用8.1设备热效率98%99%8.2系统效率93%88%需要二次换热需要专业的高电压持证人8.2运行人员资质要求普通司炉人员及电工即可员九、维护与折旧9.1后期维护费用比例139.2元器件通用性较通用专用性很强，几乎不通用目前国际无检验标准，需9.3检验国家强制定期检验按普通锅炉进行普通低压电气配置，并有高压电气，维护条件复杂，维护条件低压变压器隔离，维护条高压维护人员资质及费用9.4件简单相对较高十、结论从可靠性及安全性上，常规电阻锅炉由于属于国家标准产品，并且使用低压10.1供电，安全性要求高压电极锅炉。10.2从加热性能上，两种锅炉加热原理不同，各有优缺点。从控制操作难易程度上，常规低压电阻炉采用配套常规元器件，控制难度要10.3优于电极锅炉从锅炉本身的占地上，两种锅炉在10mw以下时，占地面积基本相当，但当10.4设备增大时，电极锅炉的占地就有一定的优势了。从整个系统配置的占地上，由于常规低压电阻锅炉需要配置变压器等低压设10.5备，占地面积要增加很多。在系统设备中，电极锅炉由于需要二次换热，也需增加一定的换热设备及循10.6环设备的占地面积。从系统的运行上，常规低压电阻锅炉，只需一次换热，或不换热就可进行供10.7热；但电极锅炉必须经过一次或二次换热后进行供热，从而增加了换热损失。从投资上，同等功率的常规低压电阻锅炉投资要远低压电极锅炉，但常规低10.8压电阻锅炉需增加一定的低压配电投资，从而降低了两种设备投资的差额。从运行及维护上，由于电极锅炉使用的均为高压特殊产品，运行和维护成本10.9相对要高于电阻锅炉。