电极锅炉与储热罐在火电灵活性中的应用

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刘安全总工程容背景&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该系统目前主要应用于风电消纳与区域供热场合3-4MW6MW8MW10MW16-25MW25-40MW高压电极热水锅炉-产品系列最大70MW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1920s1980s1960s1940s20152000s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。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。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产品应用1-区域供热项目名称-简写供热面积(万m²)锅炉功率(MW)济南和谐广场84x3唐山时代中心4.411*8达坂城乌拉泊101*6河北廊坊新福家178+6大船三十里堡新厂101*8中广核大安203*10临沂银座广场7.82*4达坂城华源202×8哈密市恒信热力201×16包头装备制造产业园481×6+1X10青海电力102×4荷泽未来城4.91×4石家庄百顺幸福城1×12乌鲁木齐高铁一期436×8粤电蒙华风电供热173×8中广核回民小区152×8山东中车152×8枣庄银座62×4长春经开8.41×10国内区域供热用户表产品用应2-孤网平衡降压变压器:110kV/10.5kV,有载调压，10.5%，50MVA阀组:5STP42U6500，6级，冗余1个水冷冷水机：LSF-150Z负载电感：LKGKL-10kV-2mH-2310A电锅炉：10kV-50Hz-40MW滤波器：电容器AAMR-7.8-500-1W，5次滤波器1串12并，7次滤波器1串6并整个系统由控制系统（含变压、调压镜像、冷水机组等）和4台40MW电极式锅炉组成日照钢铁厂冲击负荷自动平衡系统HaiyangNPP山东海阳核电站

2x27MW,10kVRongcheng山东蓉城核电站1x28MW,6.3kVHainanChangjiang海南昌江核电站

2x26MW,6kV广东陆丰核电站2x28MW,10kV

LuFeng2x28MW,10kV产品应用3-核电启动国家首个风电消纳清洁供暖工程2011年12月完工从开建到完工仅3个月时间（含配电，土建）供热规模：16.3万平方米使用资源：弃风电力消纳充风电力：2700万kW.h/采暖期替代燃煤：8000吨标煤/采暖期产品应用4-风电消纳吉林洮南电蓄热集中供暖示范项目产品应用5-煤改电煤锅炉改电锅炉产品应用6-火电灵活性改造电厂热网供热用汽水换热器发电机组10kVA变110kVA变压器向电网供电电锅炉储热水箱热用户产品应用7-电能替代饮料烟草造纸轮船饲料医院……啤酒油脂热力轮胎宾馆乳品……广泛应用于工业生产与商业运营（凡是使用锅炉的地方）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2016

2*26济南和谐广场2011.9商3住54x3非洲赞比亚项目2012.3

5x6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2017

1×12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20178.41×10

2X25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储热罐调峰原理图第27页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第29页储热罐类型第30页常压储热罐设计水温：90~98℃带压储热罐设计水温：98~180℃包括：罐体、拱顶、上下布水盘、盘梯、氮气加压系统以及相关辅助设备等储热罐结构第31页Topdiffuser顶部扩压器储热罐关键技术水分配技术CFD模拟技术结构设计技术施工技术防腐技术保温技术自控与监测第32页专业设备，专业技术→专业供应商电厂侧的储热罐与用户侧储热罐有区别吗？相同部份：结构施工设计方法不同部份电厂标准可靠性要求更高流量变化范围大水流分配要求提升保温设计使用方法、逻辑第33页供应商既要了解储热罐用户侧常规应用，也要了解电厂应用蓄热罐设备供货范围包括：罐体、水分配装置、氮气或水蒸汽加压系统、盘梯、温度采集装置、保温等（但不包括水罐的基础），还包括罐体的设计和安装。

蓄热罐结构图电锅炉与储热罐选配电极锅炉与储热罐

在火电灵活性应用中的配置方法北京瑞特爱能源科技股份有限公司刘安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”方案目的我要花多少钱？我能得到多少回报？如何盘算？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热电设备工作范围电热特性图EFGHDE: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。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≤52%00.4热电机组40%＜负荷率≤54%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，来设计不同的调峰策略。调峰成本需要考虑如下调峰成本影响因素：每度电发电成本调峰后，机组在低负荷下运行，发电效率降低每kWh热量的抽汽供热成本每kWh的电供热成本低负荷下，脱硫脱硝增加的成本初投资分摊……最终确定总成本或总收益：？元/kWh本公司提供调峰电量（分段）、调峰深度等计算结果电厂分段将收益与调峰电量相剩即可得到调峰总收益。调峰策略调峰成本影响因素成本、竞争局面、激励机制、调峰设备、现实条件……电厂应设计或选择不同的调峰策略电锅炉调峰有两种基本策略：电锅炉供热优先：当电锅炉调峰供热的收益大于抽汽供热时，可选择该策略；反之则选择抽汽供热优先。抽汽供热优先：一般情况下，电锅炉调峰的成本都高于抽汽供热的成本，所以，采用抽汽供热优先的策略只是在未来大家都有调峰能力以至于调峰不能得到补贴时才采用。在这种情况下，电厂有时会受电网调度的要求而不复不调峰。所谓抽汽供热优先是指：首先将热电机组的负荷率调到目标值，此时，可能会出现供热量不足，则不足的部份由电锅炉补充。蓄热罐调峰也有两种基本调峰策略调峰时长不变，调峰深度改变调峰深度达到目标值（一般指最大值），调峰时长改变：由于调峰深度越深，补贴越高，所以，一般情况下应选择该策略。参见：不同策略下的调峰电量不同策略下的调峰电量储热罐调峰时的供热量分配储热罐的最大配置容量：最大热负荷-最小抽汽量下的最大供热量随着储热罐容量的增加，所增加部份的收益降低如图所示，一般可按最大配置的50%进行配置本图还可以说明：简单地按调峰深度和调峰小时数计算蓄热罐的容积是不正确的热量不能完全释放最小抽汽量下的最大供热量电锅炉调峰的供热量分配-电锅炉供热优先蓄热量通过本图可以理解：采用直接消耗电能转换为热能的方式调峰时，加入“蓄热装置”的必要性很低。(即使电锅炉调峰的收益很好，也只需要一个很小的容量“V”。Lmax:最大热负荷Vmax:蓄热装置最大选配容量V:电锅炉实际选配容量Lmin：最小热负荷B:电锅炉选配容量D1:电锅炉降负荷工作天数D2:电锅炉满负荷工作天数D:总采暖天数电锅炉调峰的供热量分配-抽汽供热优先储热罐放热策略储热量(GJ)=放热时间(h)*放热速度(GJ/h)放热时间(h)→调峰时间(h)放热速度(GJ/h)→调峰深度(MW)可转换为：储热量(GJ)=调峰时间(h)*调峰深度(MW)调峰时间=储热量(GJ)/调峰时间(MW)调峰深度(MW)=储热量(GJ)/调峰时间(h)增加调峰深度可获取深度调峰效益一般应采用最大调峰深度策略A：最小强迫出力工作点B：保证7小时调峰时长的工作点D：最大调峰工作点，调峰时长缩短AB两点的调峰深度较浅，调峰收益可能位于40%负荷率之上AD两点调峰深度较深，其中一部份调峰率可能会在40%负荷率之下，收益较高。两种基本策略调峰时间不变，调峰深度改变保证最大调峰深度，调峰时长改变两种调峰策略下的总调峰电量不相同，调峰收益也不同储热罐调峰计算逻辑图热电特性图电锅炉调峰计算逻辑图是否选择“电锅炉+蓄热装置”的方案电锅炉与蓄热装置：二选其一采用电能转热能调峰方案时，安装“蓄热装置”的必要性很低。多种模拟计算表明：“电锅炉+蓄热”方案:经济性不好近期：调峰厂家少，电锅炉可快速上马，快速获取深度调峰高益远期：大家都可以调峰时，蓄热罐调峰是最合理选择说明进行电锅炉与蓄热罐方案配置时，应在最大配置与最小配置之间选择最佳配置做多个工作点计算，绘制曲线，求取最佳配置采用电锅炉调峰时，再安装蓄热装置的必要性不强瑞特爱设计计算软件，为电厂用户提供快速专业分析请联系：北京瑞特爱能源科技股份有限公司刘安13910773114@163.典型案例日照钢板厂孤网电力负荷平衡国内首个火电灵活性项目项目概况项目名称日照钢铁厂热电平衡与弃电余热回收利用实施地点山东日照市业主单位日照钢铁厂项目目的孤网电力负荷平衡弃电转热回收利用锅炉总功率4*40MW电力接入10KV电力增容不需要，使用发电厂多余弃电投资回收投资回收期为1.3年备注实施方案降压变压器:110kV/10.5kV,有载调压，10.5%，50MVA阀组:5STP42U6500，6级，冗余1个水冷冷水机：LSF-150Z负载电感：LKGKL-10kV-2mH-2310A电锅炉：10kV-50Hz-40MW滤波器：电容器AAMR-7.8-500-1W，5次滤波器1串12并，7次滤波器1串6并整个系统由控制系统（含变压、调压镜像、冷水机组等）和4台40MW电极式锅炉组成主要数据项目开始时间2013年5月锅炉类型高压电极式项目完工时间2014年8月额定功率40*4MW锅炉用途

锅炉设计参数

冷凝水热回收利用蒸汽