电极锅炉与储热罐在火电灵活性中应用.pdf

大型电极锅炉与储热罐大型电极锅炉与储热罐 火电灵活性改造火电灵活性改造 北京瑞特爱能源科技股份有限公司 张占国 主任工程师 1 内容内容 背景&目的 公司简介-2分钟 电极锅炉简介-5分钟 储热罐简介-5分钟 选配方法-10分钟 典型案例-3分钟 2 背景背景& &目的目的 • 火电灵活性改造的两个重要设备 – 电极锅炉 – 储热罐 • 问题 – 电极锅炉是什么？ – 储热罐是什么？ – 如何工作？ – 区别是什么？ – 如何选配?多大容量是合适的？ 获取两个设备的感兴认识获取两个设备的感兴认识 避免应用中的不合理选型配置，协助行业健康发展避免应用中的不合理选型配置，协助行业健康发展 3 公司简介公司简介 ZETA: 电极锅炉 用户最多，数量最多 规格最多，容量最大 ZETA: 火电灵活性改造关键技术提供者 ZETA: 北欧火电灵活性技术积极推广者 ZETA: 新三板上市公司(831709) 瑞特爱-ZETA 2009年成立，聚焦于电极锅炉与储热罐技术应用和推广 大型电极式锅炉，4~70MW 大型蓄热水罐 4 电极式(热水,蒸汽)锅炉简介 内容内容 电极锅炉工作原理,结构,优势 产品规格 发展历史 应用场景 成套设备组成 6 高压电极式锅炉工作原理高压电极式锅炉工作原理 高压电极加热原理 10~20KV高压电 电阻加热原理 220~380V电压 电极锅炉一次侧系统 7 电极锅炉蓄热系统电极锅炉蓄热系统 电极锅炉成套设备 蓄热设备 连接到热用户 8 3-4MW 6MW 8MW 10MW 16-24MW 25-40MW 高压电极热水锅炉高压电极热水锅炉- -产品系列产品系列 最大70MW 9 绝缘器 绝缘出水管 压力容器 绝缘进水管 伺服马达 绝缘器 电极 中性电极 控制盾 高压电链接 绝缘出水管 工作工作原理原理 电极锅炉发展简史电极锅炉发展简史 年度年度 主要发展里程碑主要发展里程碑 1905年年 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年年 瑞典Z&I公司生产了第一台ZETA品牌电极式锅炉 1940年代年代 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表 1970-1980年代年代 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，提入运行，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 Z&I在1898年由Oskar Zander and Bengt Ingestrom创立，是在瑞典排名第106位的最古老企业 80多年来未出现任何安全事故 Z&I是浸没式电极锅炉的发明者 1920s 1980s 1960s 1940s 2015 2000s 11 电极锅炉技术优势电极锅炉技术优势 瑞特爱技术瑞特爱技术 模块化技术 常压运行 BIM设计管理 顶级配置 先进控制 对行业深入理解 优势优势 90年发展历史，绝对安全 变压器投资小 60S快速调节 全自动控制，操作简单 维护保养费用低 精确控制 结构先进，占用空间小 系统简单 12 电锅炉安装位置电锅炉安装位置& &电量置换原理电量置换原理 将高品位电能变成低品位热能是不合理的？ 答：在清洁能源消纳应用中合理 1.大量的可再生的新能源被弃用是最大的不合理。

2.大客户电价&峰谷电价&电网调峰政策将使电锅炉经济上更为可行 燃煤发电社会用电电锅炉产热区域热用户新能源发电厂电锅炉产热热电厂热力管道电网线路电网线路实线方案：电锅炉在电厂侧 虚线方案：电锅炉在用户侧 位置1 位置2 13 电极式锅炉电极式锅炉成套设备成套设备产品供货范围产品供货范围 电极锅炉成套设备范围：锅炉本体、控制柜、热交换机组（含水泵，阀门，仪表）、纯水处理设备和纯水箱、膨胀装置、加药装置 系统其它配套设备包括：10kV变压器、10KV配电柜、10kV变380V的变压器、380V配电柜，也还包括土建工程、集控系统、锅炉房的空调、照明与消防等，这些设备一般不包含在瑞特的供货范围之内 14 电极锅炉 产品应用场景 产品应用场景产品应用场景 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 16 应用案例应用案例- -国内电极锅炉客户表国内电极锅炉客户表 项目数量：30个；锅炉数量：56台；单项目最大锅炉功率：160MW；单项目最多数量：6台；最大供热面积：43万m2 项目名称-简写 完工时间 供热面积(万m²) 锅炉功率 (MW) 山东海阳核电 2*27 山东荣城核电 28 海南昌江核电 2016 2*26 济南和谐广场 2011.9 商3住5 4x3 非洲赞比亚项目 2012.3 5x6 中亚塔吉克斯坦 2011.11 2.4 2x1.32 中广核来福风电供暖项目 3*10 唐山时代中心 2016.11 4.41 1*8 达坂城乌拉泊 2017.6 10 1*6 河北廊坊新福家 2012 17 8+6 大船三十里堡新厂 2009 10 1*8 中广核大安 2013.11 20 3*10 临沂银座广场 2012.8 7.8 2*4 乌兰浩特热网调峰 2013.1 10 1*4 日照钢厂热电平衡 2012 - 4*40 项目名称-简写 完工时间 供热面积(万m²) 锅炉功率 (MW) 京东总部大楼 2016.4 ？ 2*1.8 达坂城华源 2016.1 20 2×8 哈密市恒信热力 2016.1 20 1×16 包头装备制造产业园 2016.11 48 1×6 + 1X10 青海电力 2016.11 10 2×4 荷泽未来城 2016.09 4.9 1×4 石家庄百顺幸福城 2017 1×12 乌鲁木齐高铁一期 2016.1 43 6×8 粤电蒙华风电供热 2017 17 3×8 中广核回民小区 2016.1 15 2×8 山东中车 2016.1 15 2×8 枣庄银座 2016.12 6 2×4 长春经开 2017 8.4 1×10 2X25 25 大型蓄热罐 内容内容 • 调峰原理 • 蓄热罐功能 • 蓄热放热工作逻辑 • 设备类型 • 结构 • 关键技术 • 厂侧与用户侧的区别 • 供货范围 27 储热罐调峰原理图储热罐调峰原理图 红色虚线内部为新增的储热调峰 系统，其余为现有设备 储热罐安装位置 电厂内部 靠近用户 两者之间 最佳位置（一般情况） 靠近电厂 热网加 热器 热网循环泵 热网循环泵 28 电厂侧和用户侧的储热电厂侧和用户侧的储热罐区别罐区别 相同部分相同部分 设计方法 结构 施工 不同部分不同部分 电厂标准 可靠性要求更高 流量变化范围大 使用方法、逻辑 供应商既要了解储热罐用户侧常规应用，也要了解电厂应用供应商既要了解储热罐用户侧常规应用，也要了解电厂应用 29 储热罐功能储热罐功能 目的与功能： 热电解耦和电力负荷调峰热电解耦和电力负荷调峰 优化优化不同大不同大小规模热电联产电厂的生产小规模热电联产电厂的生产 稳定日常稳定日常供热量供热量变动变动（热缓冲）（热缓冲） 维持压力维持压力（系统定压）（系统定压） 储藏热水储藏热水（紧急事故补水与补热）（紧急事故补水与补热） 尖峰热负荷尖峰热负荷 备用热源备用热源 几乎所有丹麦供热系统都安装有储热罐 安装在哥本哈根Avedoere电厂的两个储热罐 30 储热罐调峰工作逻辑储热罐调峰工作逻辑- -蓄热放热策略蓄热放热策略 •寒冷供暖日—夜间热负荷大 – 白天电负荷高，热负荷小，风电少：蓄热 • 发电机高发电负荷 – 夜间电负荷小，热负荷高，风电多：放热 • 发电机低发电负荷 •非寒冷供热日--全天热负荷小 –晚上蓄热 –白天：利用蓄热进行供热，发电机最大能力发电 •可根据实际情况灵活设计蓄热放热策略 •热量的转移，实现热量的“移峰填谷” 31 储热罐类型储热罐类型 常压储热罐设计水温：90~98℃ 带压储热罐设计水温：98~180℃ 32 储热储热罐专业技术罐专业技术 • 结构设计技术 • 水分配技术 • CFD模拟技术 • 高温储罐防腐技术 • 高温储罐保温技术 • 自控与监测 • 施工技术 专业设备，专业技术→专业供应商 33 储热罐结构储热罐结构 包括：罐体、盘梯、氮气防腐系统、上下布水器、温度采集装置、防腐保温等 （但不包括水罐的基础），还包括罐体的设计和安装。

34 储热罐运行基本原理储热罐运行基本原理  运行原理 在蓄能槽内部安装布水装置，采用自热分层原理工作，利用水在不同温度时密度不 同的特性，通过布水系统使不同温度的水利用密度差分层，从而避免冷水和热水混 合造成的蓄热量损失或蓄热效率降低 高温水低温水蓄热温度范围 90℃-180℃下布水器上布水器高温水低温水放热回水温度范围 40℃-60℃下布水器上布水器35 储热罐蓄储热罐蓄放热放热过程过程  蓄放热过程蓄放热过程 蓄热过程：热水从上部热端水管进入罐内，通过上布水器将热水均布于上部水层， 同时向下挤压冷水，通过下布水器从下部冷端水管流出罐外 放热过程：冷水从下部冷端水管进入罐内，通过下布水器将冷水均布于下部水层， 同时向上挤压热水，通过上布水器从上部热端水管流出罐外 过渡层 热水热水 冷水冷水 热水进 冷水出 热水出 冷水进 过渡层过渡层 热水热水 冷水冷水 蓄热过程 放热过程 36 关键技术关键技术- -布布水技术水技术 不同温度的水密度 不同，低温水密度 相对较大会沉布于 水槽底部，高温水 密度较小浮布于水 槽顶部，中间两种 不同温度的水流接 触面会生产一个有 一定厚度的温度变 化层，即温度过渡 层，也叫斜温层。

对于一个无搅动的 水槽必然会存在 “上热下冷”现象， 但对于工程应用来 说，不论蓄放冷还 是蓄放热过程，水 流在槽内进行连续 向上或向下的流动， 如何防止出现冷热 水大量掺混，实现 高效的蓄放热(冷) 呢？精细的布水器 的设计成为关键 布水系统的设计， 要通过科学严谨的 计算和布置，控制 水流平稳地进入或 引出水蓄热罐体， 尽可能减少水的扰 动，降低斜温层的 厚度，提高有效蓄 热容积 布水设计的难点在 于如何在蓄热(冷) 或放热(冷)的流动 过程中保持斜温层 的完整、稳定，上、 下平行移动，减少 流动对斜温层的冲 击和扰动，确保水 槽内重力分层流的 稳定，从而避免上 下层冷、热水相互 混合 37 先进的数值流体模拟先进的数值流体模拟  利用有限元分析软件ansys，对蓄热布水进行CFD流体模拟分析，优化设计， 达到最佳效果  CFD网格划分 38 先进的数值流体模拟先进的数值流体模拟  利用有限元分析软件ansys，对蓄热布水进行CFD流体模拟。