（华电能源股份有限公司富拉尔基发电厂）
摘要：蓄能技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术,本文从蓄能技术、蓄能材料、蓄能系统连接上进行分析蓄能系统在热网系统中发挥的作用。
关键词：蓄能系统、供热系统、连接
引言
蓄能系统随着热网面积的不断扩大，供热技术的不断革新，高寒地区热力系统在技术革新中引入了蓄能罐，蓄能罐在平衡深度调峰和机组供热中发挥着巨大作用，蓄能罐还在系统重要供热用户出现事故急停、急投中起到一个缓解作用，避免管道超压，设备损坏。
1、集中供热系统的组成
集中供热系统是由热源、热网和热用户三部分组成的。必须选择与热用户要求相适宜的供热系统形式及其管网与热用户的连接方式。
1.1集中供热系统的分类：
1、根据热媒不同，分为热水供热系统和蒸汽供热系统。
2、根据热源不同，主要可分为热电厂供热系统和区域锅炉房供热系统。此外，也有以核供热站、地热、工业余热作为热源的供热系统。
3、根据供热管道的不同，可分为单管制、双管制和多管制的供热系统。
4、根据热源的数量不同，可分为单一热源供热系统和多热源供热系统。
5、根据系统加压泵设置的数量不同，可分为单一网络循环泵供热系统和分布式加压泵供热系统。
蓄热材料分类
按蓄热方式来分，蓄热材料可以分为四类：显热蓄热材料 、相变蓄热材料、热化学蓄热材料和吸附蓄热材料。
2.1 显热蓄热材料
显热蓄热材料是根据物体表面的温度变化而产生的一种材料，它是一种物质到另一种物质表面的一个简单的热量传递，显热蓄热因简单易学，目前发展较为成熟。
显热蓄热材料大部分可从自然界直接获得，价廉易得。显热蓄热材料分为液体和固体两种类型，液体材料常见的如水，固体材料如岩石 、鹅卵石 、土壤等,其中有几种显热蓄热材料引人注 目 ,如Li2O与Al2O3、TiO2等高温烧结成型的混合材料。
2.2相变蓄热材料
相变蓄热材料是利用物质在相变（如凝固/熔化、凝结/汽化、固化/升华等）过程发生的相变热来进行热量的储存和利用。
与显热蓄热材料相比 ,相变蓄热材料蓄热密度高,能够通过相变在恒温下放出大量热量。虽然气一液和气一固转变的相变潜热值要比液一固转变 、固一固转变时的潜热大,但因其在相变过程中存在容积的巨大变化,使其在工程实际应用中会存在很大困难 ,因此目前的相变潜热蓄热研究和应用主要集中在固—液和固—固相变两种类型 。根据相变温度高低,潜热蓄热可分为低温和高温两种，低温潜热蓄热主要用于废热回收 、太阳能储存以及供热和空调系统。高温相变蓄热材料主要有高温熔化盐类 、混合盐类 、金属及合金等 ,主要用于航空航天等。常见的潜热蓄热材料有六水氯化钙、三水醋酸钠 、有机醇等 。
2.3热化学蓄热材料
热化学蓄热材料多利用金属氢化物和氨化物的叮逆化学反应进行蓄热，在有催化剂、温度高和远离平衡态时热反应速度快。国外已利用此反应进行太阳能贮热发电的实验研究 ,但需重点考虑储存容器和系统的严密性 ,以及生成气体对材料的腐蚀等问题 。
2.4吸附蓄热材料
吸附是指流体相(含有一种或多种组分的气体或液体)与具有多孔的固体颗粒相接触时 ,固体颗粒(即吸附剂)对吸附质的吸着或持留过程。因吸附剂固体表面的非均一性 ,伴随着吸附过程产生能量的转化效应 ,称为吸附热。在吸附 脱附循环中,可通过热量储存、释放过程来改变热量的品位和使用时间,实现制冷、供热以及蓄热等目的。
蓄热材料的工作过程包括两个阶段：一是热量的储存阶段 ,即把高峰期多余的动力、 工业余热废热或太阳能等通过蓄热材料储存起来；二是热量的释放阶段 ,即在使用时通过蓄热材料释放出热量 ,用于采暖、供热等。
3、蓄能罐工作原理
蓄能罐内部储存热水，因为工作压力为常压，最高工作温度不高于98℃。水温不同，水的密度不同，在一个足够大容器中，热水在上，冷水在下，中间为过渡层，这就是蓄能罐内水的分层原理。蓄能罐就是根据水的分层原理设计和工作的，并使其工作保持在高效率。蓄热时，热水从上部水管进入，冷水从下部水管排出，过渡层下移；放热时，热水从上部水管排出，冷水从下部水管进入，过渡层上移。
蓄能罐工作过程的实质就是其蓄热放热过程，在用户低负荷时，将多余的热能吸收储存，等负荷上升时再放出使用。蓄能罐工作时，应保证其进出口水量平衡，保持其液面稳定，使其处于最大工作能力。另外，为避免蓄能罐内的水溶解氧而被带入热网，降低热网水质，蓄能罐内的液面上通常充入蒸汽（或氮气），保持微正压，使蓄能罐内的水和空气隔离。
蓄能罐的工作原理如下图所示：
4、蓄能罐的分类
从常用的供热系统中的蓄能罐的热介质来看，水是迄今为止普遍采用的最有利的热介质。水和其它热介质相比其优点有：
l)容易获得，价格一般低廉；
2)无毒性、无腐蚀性或其它有害的作用；
3)具有相对高的比蓄热量；
4)和供汽锅炉的工质相一致，在蓄能罐中，水既是蓄热介质，又是传热介质，因此可省去热交换器，水作为热介质的不利之处是沸点较低。用水蓄热时，水温常需超过100℃。如要多蓄热能，就必须提高压力，才能升高水温，为此需用相应的压力容器来贮水。一般压力愈高，水的沸点愈高，蓄热量愈多，而压力却随水温的上升而陡增。为此，也曾研究过其它热介质，大多数是化合物。这些化合物具有较高的沸点，因此可以在较高的温度和较低的压力下运行，但是价格昂贵，需用热交换器等相当复杂的装置。且有时有毒性和/或腐蚀性，所以迄今其实际应用范围极小。
按蓄能罐运行时的压力变化可分为两大类：变压式(或降压式)蓄能罐和恒压式蓄能罐。
常见的变压式蓄能罐以水蓄热，所蓄热能在放热时由于压力降低，水就自蒸发产生饱和蒸汽，以蒸汽载热输往热用户，如鲁茨式蓄能罐。另一种是在压力容器中直接蓄满蒸汽的储汽包(或干汽包)，它可以说是变压式蒸汽蓄能罐的一种特殊状态(汽空间为l)，它如用饱和蒸汽充热，在放热时由于蒸汽膨胀作功，就有部分蒸汽冷凝为水，积聚在容器内。
5、蓄能罐在热力系统的连接
蓄能罐在热网中有直接和间接两种连接方式，直接连接方式是指热水循环泵经汽水换热器到用户，在供回水管路中，热水罐直接通过热水泵、调整门将热水罐上部的热水打入供水管路，回水管路再经调门进入热水罐底部；间接连接方式是指热水循环泵经汽水换热器到用户，在供回水管路中，蓄能罐和供回水的连接之间多了一个换热器，换热器的存在使正常运行中蓄能罐内的水和热网的水之间不会直接接触，从而保证了热网的水质。直接连接系统相对简单，较间接连接系统设备投资少，运行也相对简便。但是直接连接系统中热网水直接流入蓄能罐系统，如果蓄能罐微正压控制不好，容易在水中混入空气，流入热网，造成管网水质下降。间接连接系统相对复杂，较直接连接系统投资有所增加，运行也相对复杂，但该系统中的热网水与蓄能罐系统中的水不混合，对水质没有影响。
6、蓄能罐在热力系统中发挥的作用
1）加强热电厂的经济运行，稳定热电厂运行
使用蓄热系统的主要效益是在同样热负荷状态下能够提高热电厂的发电生产（减少热电厂的凝汽运行），减少热电厂部分负荷运行。此时蓄能罐可被看作为热源与热用户之间的缓冲器，主要用于平衡热负荷（消除峰值）并为热源（与输配）提供灵活性。考虑峰谷电价，在热电厂应用蓄能罐实现发电的灵活性与自由度，提高热电厂的经济性。
蓄能罐尤其对背压机组与抽汽凝汽式汽轮机的稳定与经济运行具有重要作用，它充分地利用了热电厂的供热。它将热电厂廉价的热能蓄存于蓄能罐内，在热网尖峰负荷状态下，蓄能罐与热电厂联合供热，可降低高价尖峰热源的供热量，优化系统的运行。
2）蓄能罐是热网安全运行的保障
当供热系统水泵因意外原因而突然停止运行时，将产生水击，使电厂内部与热力管网遭到很大的破坏。如果供热系统装备有蓄能罐，它将大大缓解水击造成的高压振荡，减轻水击造成的破坏与灾难。
3）蓄能罐是供热系统的备用热源
某热源因故而停止供热时，蓄能罐可以及时运行补充供热，防止造成大面停热状态。
4）蓄能罐是突发事故时热网的紧急补水系统
当热网某处突然爆裂而大量失水时，与热网直接连接的蓄能罐立即向热网补水维持系统压力，以防整个热网系统的事故与停运。
5）建设蓄能罐可以代替尖峰热源的建设
蓄能罐一个重要作用是对供热系统的削峰填谷，它的调峰能力可取代建设尖峰热源，节约尖峰供热厂的燃料消耗。
6）蓄能罐与供热系统直接连接，可作为热网定压系统由于蓄能罐始终保持恒定的液位高度，它可保证供热系统静压值恒定，因此它可作为热网的定压系统。
7）蓄能罐可缓解夏季热网压力波动
供热系统夏季只供应生活热水负荷，由于热水负荷的随时变化，导致热网循环水流量的剧烈变化，由于热网循环泵定速运转，因而致使热网的压力剧烈变化，在低峰负荷时，热网压力急剧上升，威胁系统的安全运行。如果建设了蓄能罐，它可缓解热网的压力急剧升高，使供热系统安全运行。
7、蓄热系统的经济性分析
由于富热电厂“上大压小”工程启动后只存在单一热源，供热安全无法保证；因此为了寻找备用电源，富发电厂根据实际情况进行3×200MW机组进行供热改造，在提高城区集中供热普及率的同时，还能与富热电厂350MW供热机组作为联合热源，互为备用，提高城区供热事故保障率。在富发电厂供热改造规划出台后，对机组的供热改造有光轴供热改造方案与连通管打孔抽汽供热改造方案这两种。由于此两种方案的运行模式存在较大差异，机组抽汽供热能力也差异较大，因此，结合政府现有的深度调峰政策，将很有必要在此基础之上进行调峰蓄热系统的论证，在灵活电力调度的前提下，对于电厂还能享受政策优惠，将是一个双赢的局面。
深度调峰电量在近十年内将成为稀缺资源，开展蓄能供热调峰项目是可行的。基于以上情况调峰蓄热系统可以满足以上要求。首先，机组供热改造可以采用光轴方案使得机组最低发电负荷保持在88MW；其次，机组白天运行时，蓄热系统进行蓄热，机组晚上运行时，蓄热系统进行放热。通过以上改造和运行方式调整，可以实现电力的灵活调度以及得到政策的惠利。综合以上所述，富发电厂机组供热改造势在必行，但是由于调峰政策的影响使得为满足供热时发电经济效益受到较大影响，因此需要寻找合适的途径既能满足供热负荷需求，又能享受国家能源局东北监管局的电价补偿政策。
8、结束语
笔者主要对热网系统中的蓄能罐和热网用户与热网系统的连接上进行分析蓄热系统在极寒地区的热电机组在面临低负荷高供热压力时发挥的作用，深度探析蓄能系统在热网系统中的重要功能。
论文作者:王相军
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/1
标签：蓄热论文; 系统论文; 材料论文; 热源论文; 热电厂论文; 负荷论文; 潜热论文; 《电力设备》2016年第18期论文;