电极式电锅炉蓄热系统 一、产品简介 工作电压：一般都会采用中压电压（≥ 6 kV）； 大功率锅炉电压（可达13.5 kV）； 控制电压380/220V 。 保护的方法：1）、过流保护； 2）、缺相保护； 3）、短路保护； 4）、三相不平衡保护。 加热原理：一般都会采用电厂除盐水，加入一定电解质，使炉水具有一定电阻。利用水的高热阻特性，直接将电能转换为热能并产生蒸汽的一种装置，装置包含高电阻绝缘的能承受压力的容器和三相电级。 结构及形式： 名称 浸没式电极锅炉 喷射式电极锅炉 结构及形式 连接高压电源电极直接浸没在锅炉炉水中加热。炉水与锅炉外壁采用绝缘隔离方式，避免锅炉金属筒体带电 炉水直接喷射到电极加热，不直接浸没在炉水中。电极与锅炉金属筒体 “相对隔离”，金属筒体不需要绝缘 循环水量 主要是补充“蒸发损失”的水量，用水量较少 喷射水量大，大功率的水量甚至达到 1000m3/h 以上 炉水导电率 100μ s/cm 左右 1700μ s/cm 左右 绝缘要求 要求与电极接触的炉水部分与锅炉金属筒体绝缘隔离 无要求 电源要求 对进线电源没特别的条件 进线为三相四线中心点接地 蒸汽品质 含盐量低 含盐量高  功率调整范围：调整范围是1%-100%. 在 10%-100%的范围内能做到无级调节。 优 点： ?锅炉利用水的电阻性直接加热，电能100%转化成热量，基本无热损失。当锅炉缺水时，电极间的电流通道被切断，不存在类似常规锅炉干烧的现象。 ?体积小巧，启动速度快，从冷态启动到满负荷只需要几十分钟，从热态到满负荷只需1分钟。 ?在节能领域，电极热水锅炉结合大型蓄能设备，在低谷电价时间段把蓄能装置内热水加温，在高电价时使用，能起到平衡电网负荷的作用。 图一：电极式电锅炉蓄热系统示意图 二、国内外同种类型的产品水平综述 电极锅炉的应用在国外由来已久，世界上第一台电极锅炉于1905年诞生于欧洲。国内针对电极锅炉的研究始于20世纪80年代，主要是电热水锅炉技术，通常使用的是380V动力电，常压水箱作为蓄热体，此设备占地面积大、系统热效率低。20世纪80年代，承压蓄热一体化锅炉能有效减小设备占地面积，缺点是承压蓄热电锅炉技术的单台设备不能适用于高于100 m3的蓄热体积。20世纪90年代，喷射式电极锅炉通过美国西屋公司进入中国，开始了长达十余年的价格垄断阶段。目前，国内的少数企业通过吸收欧洲技术并经过改造升级，形成了常压电极锅炉。 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公司成为这样的产品的典型代表 1970-1980年 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，中国可再次生产的能源事业加速发展，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，进入运行，成为目前为止全国规模最大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。  三、经济效益比较 3.1 投资内容 ?可研评估费，设计费 ?设备采购费，安装费 ?土建施工费 ?配电系统模块设计安装费 ?能承受压力的容器监检费（常压系统不需要） 3.2投资概算 ?4-10 MW电极锅炉系统，每1kW造价550~1000元之间 ?12-40 MW电极锅炉系统，每1kW装机造价350~500元之间 ?45-70 MW电极锅炉系统，每1kW装机造价300~350元之间 3.3 设备价格 ?相关配套设备：热交换器，水泵，控制，水处理，加药，管路，设计和安装 ?电费：主要费用 ?水费：一般忽略不计 ?运维人员工资：可按1~2个人员考虑（1~4套设备时） ?维护保养（备品备件、检修工具等）： 每年小于设备投资的1% ?设备定期检修、临时检修费、中长期大修费： 平均每年小于设备投资的2% 3.4 费用比较 将1吨水变成1吨蒸汽所消耗的热量约：700kWh 如果电价为：电价0.25元/kWh， 175元/k吨（电极炉） 当前蒸汽的价格：110~230元/k吨 （煤锅炉） 四、未来市场发展的潜力分析 在民用领域，电极锅炉及系统主要使用在于城市供热。目前我国约有城市700座，到2020年左右将达到1500座，中国人口将达到15-16 亿。一半人口居住在城市，城市采暖面积将持续不断的增加，供热普及率也逐步的提升。目前我国城市的能源使用仍然以燃煤、燃油为主，导致非常严重的环境污染，相比较之下，电能作为清洁能源，有着非常明显优势。而电极锅炉利用谷期电能集中供暖的新模式与国家节能降耗的大方针一致，保守估计该领域拥有千亿级别的市场有待企业挖掘。 在工业领域，电极锅炉大范围的应用于火电企业启动锅炉、风电及太阳能企业调峰锅炉，并为造纸、化工、汽车、造船、食品等公司可以提供生产用的高品质蒸汽及高温热水。以发电企业为例，2010年五大发电公司旗下有超过500余家发电公司，此外各地热电企业、自备电厂、地方所属电厂的数量有上万家，该领域对启动锅炉有一定的需求。随着风电及太阳能行业的持续不断的发展，对调峰锅炉及技术的需求也将趋于旺盛。 目前，我国提供电极锅炉及基于电极锅炉的专业方面技术服务的公司数在持续不断的增加，代理国外的品牌也在逐渐丰富，但该市场还未形成龙头性的企业。因此，该领域为中小企业提供了充分竞争及加快速度进行发展的机会，未来未来市场发展的潜力广阔。 五、产品应用场景 ?综合能源区域供热； ?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； ?削峰填谷的作用 六、建议 1.当前对电极式电锅炉产品认识不够充分，建议做专项研究，依托专业的电锅炉厂家进行项目合作，配套许继的保护系统，后期同步开发优化电锅炉具备接入综合能源服务的保护控制成套系统，并考虑自主进行电极式电锅炉的开发； 2.根据目前市场情况，电极式电锅炉可当作综合能源服务的核心产品之一，进行重点推广。此外，国家暂无电极式电锅炉有关标准，许继引导电科院推进有关标准的规范和标准制定。 3.推荐潜在合作厂家： 北京瑞特爱能源科技股份有限公司 附录一：常规电极锅炉与普通电阻锅炉对比 序号 对比项 普通电阻锅炉 电极锅炉 一、 安全性 1.1 制造资质许可 国家质量技术监督检验检疫总局颁证许可 国家质量技术监督检验检疫总局颁证许可 1.2 设计审核 省级质量技术监督局审核批复 省级质量技术监督局审核批复 1.3 材料审核 市级以上锅炉检验院驻厂监检 市级以上锅炉检验院驻厂监检 1.4 制造监检 市级以上锅炉检验院驻厂监检 市级以上锅炉检验院驻厂监检 1.5 安装监检 使用地锅炉检验所报备监检 使用地锅炉检验所报备监检 1.6 安全运作许可 使用地锅炉检验所验收后颁发 使用地锅炉检验所验收后颁发 1.7 电压等级及要求 0.4KV，普通配电要求，常规供电，不要专业的运行人员 10KV，高压供电，供电及运行安全要求高，运行人员专业要求高 二、 可靠性 2.1 产品类型 工厂生产，标准化工业产品，市场使用广泛。 工厂试验生产、主要技术来源于进口，民用市场处于试点运行阶段。 2.2 检验手段 工厂检验，标准化出厂检验，国家有详细的执行标准 目前还没有专用的国家有关标准，主要以国外或企业标准执行。 2.3 设备通用性 电热锅炉、蓄热模块均为标准产品，按系统组合使用，可灵活组配 电极锅炉设备属于新型产品，主要元器件均为特殊专用产品 2.4 介质要求 采用普通软化水运行即可 采用经过处理的电导水运行 2.5 设备最低常规使用的寿命 20年 15年 三、 加热性能 3.1 加热原件 电阻电热管，属于成熟产品，国家有相应的执行标准 电极棒或电极板，目前无相应标准 3.2 加热原件材质 不锈钢加热管 不锈钢电极板或石墨电极棒 3.3 加热原理 电阻丝通电产生热量后，通过热传递对介质加热，每根或每组的加热功率固定 通过电极及水的电导加热，根据水的流量或水位控制加热功率 3.4 工作时候的温度 完全浸没在水中，根据压力可在200℃以内运行 完全浸没在水中，根据压力可在200℃以内运行 3.5 绝缘方式 电加热元件通过绝缘材料与加热介质隔离，并且电气上设有相应保护 电加热原件直接与加热介质接触，通过炉体及电极绝缘端子缘。与外界绝缘。 四、 配电及控制要求 4.1 供电电压 0.4kv 6-10kv 4.2 供配电设备 需要高低压配电设备及变压器 只需要高压配电设备 4.3 控制设备 自动控制柜，常规配电元器件 自动控制柜，与高压配套的控制元器件 4.4 控制操作性 属于常规控制要求，简单医学，普通人员就可以执行 要专业或经过严格培训的操作人员 五、 设备占地要求（不含蓄热系统） 5.1 单台功率应用限制范围 可在10-10000kW任意配置，适合在2-10MW的设备上使用 可在3000-50000kw配置，较适合于大于10mw的设备上使用 5.2 6 MW锅炉占地 30 ㎡ 30 ㎡ 5.3 6 MW控制设备占地 6 ㎡ 2 ㎡ 5.4 6 MW高压设备占地 10 ㎡ 8 ㎡ 5.5 6 MW低压设备占地 150 ㎡ 无 5.6 系统控制设备 4 ㎡ 4 ㎡ 5.7 合计 200 ㎡ 44 ㎡ 六、 系统配置要求 6.1 循环水泵 一次换热循环水泵及二次供热水泵 一次换热水泵、二次换热水泵、二次供热水泵 6.2 补水泵 一次及供热补水泵 一次、二次及供热补水泵 6.3 换热设备 一次换热 需要两次换热 6.4 储热设备 相同 相同 七、 投资（参考价格） 7.1 6 MW设备投资 135万元 380万元 7.2 高压配电投资 40万元 35万元 7.3 低压配电投资 150万元 无 7.4 325万元 415万元 八、 运行的成本 8.1 设备热效率 98% 99% 8.2 系统效率 93% 88%需要二次换热 8.2 运行人员资质要求 普通司炉人员及电工即可 要专业的高电压持证人员 九、 维护与折旧 9.1 后期维护费用比例 1 3 9.2 元器件通用性 较通用 专用性很强，几乎不通用 9.3 检验 国家强制定期检验 目前国际无检验标准，需按普通锅炉进行 9.4 维护条件 普通低压电气配置，并有低压变压器隔离，维护条件简单 高压电气，维护条件复杂，高压维护人员资质及费用相比来说较高 十、 结论 10.1 从可靠性及安全性上，常规电阻锅炉由于属于国家标准产品，并且使用低压供电，安全性要求高压电极锅炉。 10.2 从加热性能上，两种锅炉加热原理不同，各有优缺点。 10.3 从控制操作难易程度上，常规低压电阻炉采用配套常规元器件，控制难度要优于电极锅炉 10.4 从锅炉本身的占地上，两种锅炉在 10mw以下时，占地面积基本相当，但当设备增大时，电极锅炉的占地就有一定的优势了。 10.5 从总系统配置的占地上，由于常规低压电阻锅炉需要配置变压器等低压设备，占地面积要增加很多。 10.6 在系统设备中，电极锅炉由于需要二次换热，也需增加一定的换热设备及循环设备的占地面积。 10.7 从系统的运行上，常规低压电阻锅炉，只需一次换热，或不换热就可进行供热；但电极锅炉一定要经过一次或二次换热后进行供热，从而增加了换热损失。 10.8 从投资上，同等功率的常规低压电阻锅炉投资要远低压电极锅炉，但常规低压电阻锅炉需增加一定的低压配电投资，以此来降低了两种设备投资的差额。 10.9 从运行及维护上，由于电极锅炉使用的均为高压特殊产品，运行和维护成本相对要高于电阻锅炉。 常规电阻电热锅炉与电极锅炉对比表 常规电阻电热锅炉与电极锅炉对比表 序号 对比项 普通电阻锅炉 电极锅炉 一、 安全性 1.1 制造资质许可 国家质量技术监督检验检疫总局颁证许可 国家质量技术监督检验检疫总局颁证许可 1.2 设计审核 省级质量技术监督局审核批复 省级质量技术监督局审核批复 1.3 材料审核 市级以上锅炉检验院驻厂监检 市级以上锅炉检验院驻厂监检 1.4 制造监检 市级以上锅炉检验院驻厂监检 市级以上锅炉检验院驻厂监检 1.5 安装监检 使用地锅炉检验所报备监检 使用地锅炉检验所报备监检 1.6 安全运作许可 使用地锅炉检验所验收后颁发 使用地锅炉检验所验收后颁发 1.7 电压等级及要求 0.4KV，普通配电要求，常规供电，不要专业的运行人员 10KV，高压供电，供电及运行安全要求高，运行人员专业要求高 二、 可靠性 2.1 产品类型 工厂生产，标准化工业产品，市场使用广泛。 工厂试验生产、主要技术来源于进口，民用市场处于试点运行阶段。 2.2 检验手段 工厂检验，标准化出厂检验，国家有详细的执行标准 目前还没有专用的国家有关标准，主要以国外或企业标准执行。 2.3 设备通用性 电热锅炉、蓄热模块均为标准产品，按系统组合使用，可灵活组配 电极锅炉设备属于新型产品，主要元器件均为特殊专用产品 2.4 介质要求 采用普通软化水运行即可 采用经过处理的电导水运行 2.5 设备最低常规使用的寿命 20年 15年 三、 加热性能 3.1 加热原件 电阻电热管，属于成熟产品，国家有相应的执行标准 电极棒或电极板，目前无相应标准 3.2 加热原件材质 不锈钢加热管 不锈钢电极板或石墨电极棒 3.3 加热原理 电阻丝通电产生热量后，通过热传递对介质加热，每根或每组的加热功率固定 通过电极及水的电导加热，根据水的流量或水位控制加热功率 3.4 工作时候的温度 完全浸没在水中，根据压力可在200℃以内运行 完全浸没在水中，根据压力可在200℃以内运行 3.5 绝缘方式 电加热元件通过绝缘材料与加热介质隔离，并且电气上设有相应保护 电加热原件直接与加热介质接触，通过炉体及电极绝缘端子与外界绝缘。 四、 配电及控制要求 4.1 供电电压 0.4kv 6-10kv 4.2 供配电设备 需要高低压配电设备及变压器 只需要高压配电设备 4.3 控制设备 自动控制柜，常规配电元器件 自动控制柜，与高压配套的控制元器件 4.4 控制操作性 属于常规控制要求，简单医学，普通人员就可以执行 要专业或经过严格培训的操作人员 五、 设备占地要求 5.1 单台功率应用限制范围 可在10-10000kw任意配置，适合在2-10mw的设备上使用 可在3000-50000kw配置，较适合于大于10mw的设备上使用 5.2 6mw锅炉占地 30m2 30m2 5.3 6mw控制设备占地 6m2 2m2 5.4 6mw高压设备占地 10m2 8m2 5.5 6mw低压设备占地 150m2 无 5.6 系统控制设备 4m2 4m2 5.7 合计 200m2 44m2 六、 系统配置要求 6.1 循环水泵 一次换热循环水泵及二次供热水泵 一次换热水泵、二次换热水泵、二次供热水泵 6.2 补水泵 一次及供热补水泵 一次、二次及供热补水泵 6.3 换热设备 一次换热 需要两次换热 6.4 储热设备 相同 相同 七、 投资 7.1 6mw设备投资 135万元 380万元 7.2 高压配电投资 40万元 35万元 7.3 低压配电投资 150万元 无 7.4 325万元 415万元 八、 运行的成本 8.1 设备热效率 98% 99% 8.2 系统效率 93% 88%需要二次换热 8.2 运行人员资质要求 普通司炉人员及电工即可 要专业的高电压持证人员 九、 维护与折旧 9.1 后期维护费用比例 1 3 9.2 元器件通用性 较通用 专用性很强，几乎不通用 9.3 检验 国家强制定期检验 目前国际无检验标准，需按普通锅炉进行 9.4 维护条件 普通低压电气配置，并有低压变压器隔离，维护条件简单 高压电气，维护条件复杂，高压维护人员资质及费用相比来说较高 十、 结论 10.1 从可靠性及安全性上，常规电阻锅炉由于属于国家标准产品，并且使用低压供电，安全性要求高压电极锅炉。 10.2 从加热性能上，两种锅炉加热原理不同，各有优缺点。 10.3 从控制操作难易程度上，常规低压电阻炉采用配套常规元器件，控制难度要优于电极锅炉。 10.4 从锅炉本身的占地上，两种锅炉在10mw以下时，占地面积基本相当，但当设备增大时，电极锅炉的占地就有一定的优势了。 10.5 从总系统配置的占地上，由于常规低压电阻锅炉需要配置变压器等低压设备，占地面积要增加很多。 10.6 但系统设备中，电极锅炉由于需要二次换热，也需增加一定的换热设备及循环设备的占地面积。 10.7 从系统的运行上，常规低压电阻锅炉，只需一次换热，或不换热就可进行供热；但电极锅炉一定要经过一次或二次换热后进行供热，从而增加了换热损失。 10.8 从投资上，同等功率的常规低压电阻锅炉投资要远低压电极锅炉，但常规低压电阻锅炉需增加一定的低压配电投资，以此来降低了两种设备投资的差额。 10.9 从运行及维护上，由于电极锅炉使用的均为高压特殊产品，运行和维护成本相对要高于电阻锅炉。

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