電氣混合產蒸汽鍋爐系統的技術應用分析

魯小勇 張銘麟

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蒸汽素有工業血液之稱，廣泛應用于石油、冶煉、化工、紡織、機械制造、醫藥等領域。隨著科技飛速發展，單一能源具有一定局限性，越來越多的分布式能源項目選擇采用熱泵+燃氣鍋爐+電蓄熱機組等多產聯合的方式，以期尋求運行成本與生產效果之間的平衡點[1]。

1 電氣混合產蒸汽技術優勢

電氣混合聯產蒸汽鍋爐是在燃氣鍋爐的前級增設蓄熱設備以及電鍋爐，通過預熱燃氣鍋爐的軟化水，生產蒸汽。其優勢及特點具體如下：

1.1 生產成本低

在忽略不同鍋爐的轉化效率的條件下，天然氣的單位蒸汽成本要比電力加熱的單位成本高20%以上。通過谷電蓄熱混合產蒸汽是除了電廠余熱機組或者燃煤機組之外，最具經濟性的蒸汽生產方式。

1.2 熱效率高

在軟化水加熱的升溫過程中，生產蒸汽的熱量主要來源于儲熱體，并經由循環風機吸收熱量輸送給蒸汽發生器。該階段，除散熱損失外，無其他排放，因此，蓄熱系統的熱效率要明顯高于燃氣鍋爐直接加熱的系統效率。一般情況下，燃氣鍋爐的熱轉化率在50%-80%左右，而電鍋爐的加熱效率可達到105%，蓄熱系統在24小時內的熱損失可保持在5%以內。因此，電氣混合產蒸汽機組的電熱轉化率可高達95%以上。

1.3 蒸汽產量與壓力穩定性高

經計算表明，穩定生產溫度為184℃、壓力為1.0MPa的飽和蒸汽，其所需蓄熱溫度應維持在400℃以上。以蓄熱體550℃的設計方案為例，由于換熱溫差小，大多數廠家通常會選擇加大蓄熱體或者蒸汽發生器，不僅生產成本高，且欠缺合理性，蒸汽產量以及蒸汽壓力的穩定性較差。電氣混合產蒸汽鍋爐采用的超高溫蓄熱體設計，可有效提高蒸汽生產質量以及穩定性。

1.4 加熱元件運行穩定，便于維修

電氣混合產蒸汽鍋爐系統的加熱元件應滿足高溫加熱需求，以延長使用壽命，保障運行穩定持久。此外，在出現故障時，可在高溫環境下，在線維修或更換，避免對正常運營造成不良影響。

1.5 具有燃氣補熱、過熱功能

蒸汽發生器具有燃氣不熱、過熱功能，而儲熱體長期使用運行，蒸汽發生器也不屬于特種壓力設備，因此，可以不用年檢。此外，蓄熱體發生故障時，燃氣補熱技術的應用可以有效保障系統正常運行。

2 電氣混合產系統應用分析

2.1 電氣混合產系統運行流程

電氣混合產蒸汽系統的應用是在軟水箱與省煤器之間增設蓄熱系統，以加熱鍋爐補充軟水。該蓄熱系統主要包含電磁感應式鍋爐、蓄熱水箱、循環水泵、供熱水箱等裝置。其系統流程示意圖，如圖1所示。

2.2 電氣混合產蒸汽系統運行階段

圖1 電氣混合產蒸汽系統流程示意圖

電氣混合產蒸汽系統運行主要有以下三個階段：①在谷電期，通過電鍋爐加熱軟化水，并將其送至蓄熱水箱，在0:00-8:00之間加熱軟水至58℃-65℃；②58℃-65℃的軟水經由供熱水箱輸送至省煤器，進行二次升溫，獲得90℃-95℃的高溫水；③燃氣蒸汽鍋爐繼續加熱高溫水，生成高溫高壓蒸汽。

2.3 電氣混合產蒸汽鍋爐系統經濟性分析

電熱鍋爐具有安全穩定、節能減排等優勢，普遍應用于商場、超市、學校、工廠等人口密集場所，為人們的日常工作生活提供供暖以及熱水。但是，在很長一段時間內，電熱鍋爐的推廣與應用存在諸多問題。第一，資本投入高。用戶除了要購置電鍋爐，同時還要調大配電容量，電力增容費用龐大；第二，運營成本高。對于直熱式電鍋爐而言，無法實現低谷電蓄熱，而用電高峰期的電價成本要明顯高于燃氣、燃煤鍋爐的蒸汽生產成本；第三，使用單位受限。蓄熱式電鍋爐主要用于供應熱水，其應用范圍具有一定局限性，且前期投資費用高，不符合用戶的蒸汽產量需求。因此，為打破單一能源的局限性，蓄熱式電鍋爐與燃氣鍋爐混合生產蒸汽技術的應用勢在必行，具有重要的現實意義。對于原有的燃氣鍋爐，可以通過谷電部分替代天然氣，不僅可以提升熱轉化率，同時還能將谷電電能的綜合利用率提升至最大化，減少能源消耗，降低運行成本，有效緩解城市天然氣能源短缺等問題[2]。

3 結語

綜上所述，電氣混合產蒸汽鍋爐系統具有熱轉化率高、蒸汽產量與壓力穩定等顯著特點，大力推廣電氣混合產蒸汽技術，是鍋爐產業實現經濟效益與社會效益雙贏的重要措施。相關部門應加強運行管理，充分發揮多產聯合的優勢，在運營成本與生產質量之間尋找平衡點。