电极锅炉与储热罐在火电灵活性中的应用-北京瑞特爱

大型电极锅炉与储热罐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&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-ZETA2009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成套设备蓄热设备连接到热用户83-4MW6MW8MW10MW16-24MW25-40MW高压电极热水锅炉-产品系列最大70MW9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原理电极锅炉发展简史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表1970-1980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，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OskarZanderandBengtIngestrom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1920s1980s1960s1940s20152000s11电极锅炉技术优势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213电极式锅炉成套设备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-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20162*26济南和谐广场2011.9商3住54x3非洲赞比亚项目2012.35x6中亚塔吉克斯坦2011.112.42x1.32中广核来福风电供暖项目3*10唐山时代中心2016.114.411*8达坂城乌拉泊2017.6101*6河北廊坊新福家2012178+6大船三十里堡新厂2009101*8中广核大安2013.11203*10临沂银座广场2012.87.82*4乌兰浩特热网调峰2013.1101*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2016.1202×8哈密市恒信热力2016.1201×16包头装备制造产业园2016.11481×6+1X10青海电力2016.11102×4荷泽未来城2016.094.91×4石家庄百顺幸福城20171×12乌鲁木齐高铁一期2016.1436×8粤电蒙华风电供热2017173×8中广核回民小区2016.1152×8山东中车2016.1152×8枣庄银座2016.1262×4长春经开20178.41×102X2525大型蓄热罐内容•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罐区别相同部分设计方法结构施工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29储热罐功能目的与功能：热电解耦和电力负荷调峰优化不同大小规模热电联产电厂的生产稳定日常供热量变动（热缓冲）维持压力（系统定压）储藏热水（紧急事故补水与补热）尖峰热负荷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-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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。过渡层热水冷水热水进冷水出热水出冷水进过渡层热水冷水蓄热过程放热过程36关键技术-布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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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。模拟云图39电锅炉与储热罐在火电灵活性应用中的配置方法内容目的选型计算相关参数电极锅炉配置计算方法储热罐配置计算方法是否选择“电极锅炉+蓄热罐”方案41目的•我要花多少钱？•我能得到多少回报？如何盘算？42选型计算相关参数热电设备的工作范围特性图热负荷调峰天数调峰补偿（激励）（调峰政策）调峰成本调峰策略详细说明如后主要设计条件43热电设备工作范围电热特性图电功率MW热功率MWABEFGHDOXYEFGHDE:热电机组的工作范围F：最大发电量工作点FG：最大蒸汽流量线工作点位于这条直线上时，可以获得最大发电量，实现供电与供热最大收益。HD：最大抽汽量线DE：最小蒸汽流量线D：最小发电量工作点每台设备特性范围有所不同，对设备选型造成两方面的影响影响设备的基本配置影响调峰收益计算电热特性图-调峰设备配置重要依据44热负荷•显然：–如果热负荷大，则调峰设备大；–热负荷小，则调峰设备小。•需要考虑：–最大热负荷&最小热负荷–未来热负荷预测–最好有采暖季逐时热负荷0500100015002000250005001000150020002500300035004000热负荷(MW)供热时刻（小时）年度负荷预测供热量-2014~2015供热量-2015~2016供热量-2016~2017按最大热负荷选型，则调峰设备的容量为最大值，同样，按最小热选型，则调峰设备的容量为最小值，实际选型结果不会是最大值，也不会是最小值，而是两者中间的某个值，根据经济性计算而定，有两种选型思考1选择可以实现最短投资回报周期的容量配置2按若干年内的总收益的目标进行容量配置（投资回报可能会长一些，但若干年内的总收益可观。45调峰天数（采暖天数）•如果气候偏冷，则采暖天数较多–相应调峰天数多•调峰设备使用天数多•调峰总收益高•即：投资回报周期短46调峰补偿（激励）（调峰政策）时期报价档位火电厂类型火电厂调峰率报价下限（元/kWh）报价上限（元/kWh）非供热期第一档纯凝火电机组40%＜负荷率≤50%00.4热电机组40%＜负荷率≤48%第二档全部火电机组负荷率≤40%0.41供热期第一档纯凝火电机组40%＜负荷率≤48%00.4热电机组40%＜负荷率≤50%第二档全部火电机组负荷率≤40%0.41不同的激励政策，产生不同的结果。调峰收益计算时，应仔细研究调峰政策。实际运营时，也应按政策并结合自身设备能力，来设计不同的调