徐国富：电极锅炉和电极熔盐加热炉在新能源消纳中的应用
- 2024-07-04
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电极锅炉比普通锅炉更高效吗？在3月份常州举办的第四届中国储热大会上，杭州华源前沿能源设备有限公司总经理徐国富以此为切入点，发表了题为《电极锅炉及电极熔盐加热炉在新能源消费中的应用》的演讲。
▲杭州华源前沿能源装备有限公司总经理徐国富
电热管锅炉、电极锅炉
徐国富援引国家能源局《2022年12月全国新能源电网接入和消纳情况》称，2022年我国弃电在500亿千瓦时左右，这些弃电如果用于供暖，可以提供约5亿平方米的供暖。
虽然用电采暖有很多限制，但电极锅炉、电锅炉、电加热炉作为新能源的消耗大户是大家共识，对于用户来说关键还是电价，如果电价不到位，即使技术再好，经济可行性还是会是个问题。
不了解的人经常会问“（电锅炉）耗电大吗？贵吗？”徐国富解释，如果从热值角度做简单对比，9到10度电的热值和1立方米天然气的热值差不多，这个数据在很多场景下都有参考价值。
“我经常在市场上碰到一些宣传，或者各种场景的解释，说用了各种高科技材料，或者说用了某些电锅炉、电极锅炉效率高，这种都是误导性宣传。”他澄清道：电锅炉本身加热效率没有区别。
“很多人把电锅炉称为电阻锅炉、电极锅炉，我觉得不太恰当。因为电阻是一种导体加热的形式，所以我觉得以前的概念里把电阻锅炉叫电热管锅炉或者电热板锅炉更合适。电极锅炉、电热管锅炉、电热板、电纤维、半导体、石墨烯等各种电阻形式统称为电阻锅炉，才有道理。”
徐国富说，2022年他参与制定的国家电加热技术标准中就有电阻锅炉的概念，把电阻锅炉定义为通过电阻加热的锅炉。为什么会这样呢？他解释道，早些年引进的电极锅炉，主要是一些国外公司代理的，当时作为代理商，不一定懂电极锅炉，就把电极锅炉叫电极锅炉，其他电加热管锅炉就叫电阻锅炉，时间长了就成了习惯。所以在标准中对电阻锅炉进行了定义，所以现在市场上所说的电阻锅炉，就是指电阻锅炉的一种。
还有一种电感应锅炉，其实也是利用电阻发热，但是中间有一个感应过程。所以他认为把这种锅炉分为电阻式和电感应式比较合适。为什么这样分呢？因为对于设计院或者用户来说，一个很大的区别就在于配电容量——电阻式电锅炉变压器的配电裕度可以比较小，感应启动负荷大，感应负荷需要变压器的裕度要大一些。两者的变压器配电负荷不一样，锅炉效率就降低。
徐国富说，目前市场上最常见的两种锅炉是电热管锅炉和电极锅炉。
电热管的形式有很多种，常用的电热管一般都是内藏电热丝，电热丝与电热管之间采用绝缘材料，如氧化镁等，基本原理是电热丝发热后通过电热丝外面的绝缘层（如氧化镁）传到金属管内，再通过传导过程传到外面的水中。
以上过程中，电热丝与电极、加热管之间的电压差不能太大，否则容易出现绝缘问题。
徐国富说，杭州华源前线能源设备有限公司（以下简称“华源前线”）从1994年开始研究电锅炉，当时关键是电加热管，当时国内优秀的电加热管生产厂家很少，华源前线一直采用OEM的方式，华源前线是伴随着电加热管厂家一起成长起来的，现在国内外有很多优秀的电加热管生产厂家，华源前线主要采用OEM的方式。
美派、欧派电极锅炉技术路线
徐国富介绍，电加热管的发热量决定了锅炉的功率，通常由于电压限制，市面上两三千瓦功率的电锅炉都算比较大的，大容量加热一般都采用高压电极锅炉。
电极锅炉的功率是通过电极本身浸入水中的长度或者深度来调节的，不同国家有不同的技术流派，华源前沿在2007年左右开始研究电极，当时美国和欧洲引入中国的两大流派，技术路线各有不同。
1、喷射式电极锅炉（美派）
第一个进入中国市场的产品是美国喷射电极锅炉，作为核电站大功率启动锅炉。
▲喷射式电极锅炉（美派）
徐国富介绍，它的基本特点是锅炉外部安装有水泵，锅炉内部没有任何运动部件。优点是锅炉内部没有任何运动部件，运动部件主要是锅炉外部的水泵，维护相对简单。缺点是喷射水流形成的导体呈分散状态，控制比较困难。
2、浸没式电极锅炉（欧派）
最早进入中国的欧洲锅炉是浸没电极锅炉。
▲浸没电极锅炉（欧派）
欧派浸没电极锅炉的优点是电极浸没在内管内，内部水流稳定；缺点是内部运动部件被屏蔽，锅炉内有运动易损件，备件来源受控，为避免锅炉外壳带电隐患，需用绝缘管与外界连通。
3.电极锅炉国产化
徐国富介绍，2008年前后，借中核集团核电国产化需要，华源一线与中核集团联合研发了内外双管结构电极锅炉，结合了美国、欧洲电极锅炉的特点。内外管绝缘，采用三相供电，以中心管内的水作为加热部分，外壳为零位，同时可接地，以水泵作为锅外循环动力，通过内管液位可方便调节锅炉功率。其既借鉴了美国以外水泵动力组件的技术路线，又借鉴了欧洲的浸没式技术路线，内部水流稳定。结合欧美的优势，华源一线生产了自己的电极锅炉，成功实现了电极锅炉的国产化。
▲华源一线电锅炉（电极锅炉）
电极锅炉当上部需要蒸汽时为蒸汽锅炉，下部为水，当需要水时，通过热交换器进行热交换，成为热水锅炉，控制性能稳定。
浅析我国简易电极锅炉存在的一些问题
徐国富认为，近年来，国内一些厂家研发了电极锅炉，但有些企业简化了结构，牺牲了安全性，为什么这么说？
他说，有些厂家将高压电极锅炉中心管（三相中性点）直接接地，用金属管直接接在外部管网上，这种做法并不妥当。壳体通过各种管道与管网系统相连。通过等效性能分析可以发现，一旦三相不平衡，在极端缺陷情况下，壳体电压可达1000V。“而且这还只是7-8兆瓦的锅炉，如果是40兆瓦、50兆瓦的锅炉，它的电压会更高。”
“这些厂家认为，完全的三相不平衡很少见，有保护系统。但我们都知道，如果发生不平衡，需要保护，一般的故障保护器要20毫秒以上才能动作，有的要50毫秒以上。所以，国家相关标准规定，如果故障持续时间超过20毫秒，故障时电压不得大于400伏。所以，这种将中性点直接接在外部管道上的锅炉系统简化设计，存在很大的安全隐患。虽然这种意外事件很少发生，但你知道5年、10年、15年后还会发生吗？高压电极锅炉一旦发生事故，对人身、财产乃至整个行业都会造成影响。”所以，我们必须提高警惕。
“有的电极锅炉企业不仅将三相中心管直接接入管网，还设计成内部全封闭式。”徐国富指出，电极锅炉在运行过程中不可避免地会产生少量的氢气。
▲设计意图：热媒水一次性注满，密闭操作，危险性低。
他说，“不管做哪种电极锅炉，谁跟你说不产氢的都是骗人的，正确的设计是及时放掉。有些厂家对电极锅炉不太了解，做成全封闭的，基本思路是水蒸发后，换热管冷凝传热，再把热量带出去。但这里面有两个隐患，一是不凝性气体本身影响换热，二是里面有少量的氢气，很难放掉，不安全。一两兆瓦的小锅炉暂时还能用，时间长了就可能出问题。”
国际领先的熔盐电极加热炉
徐国富介绍，华源一线研发高压电极锅炉、参与核电项目启动锅炉研究已有15年以上，这得益于华源一线在“火电厂启动锅炉”和“电热管锅炉”方面拥有丰富的经验。
目前华源前沿已承接电极锅炉项目200余台套，总功率达1000余台，据统计，2016年至2021年其在国内市场的品牌占有率一直保持第一。
华源前沿科技基于成熟的电极锅炉设计应用经验，研发出国际领先的熔盐电极加热炉，该炉融合了浸没式和喷射式电极锅炉技术，充分考虑熔盐的高导电性。
▲华源一线电极锅炉（我的中国“芯”）
目前常用的加热器为电热管式，小功率时经济，大功率时需大量电热管，电热管在高温下的可靠性、耐腐蚀性能有待研究。对于超过10MW或温度高于450℃的熔盐加热，建议采用电极式熔盐炉。
电极熔盐炉采用高温熔盐作为介质，利用熔盐的高导电性直接发热，高温可达700℃以上，可替代常规电加热管加热熔盐。熔盐本身导电发热，不受常规电加热管加热耐高温、耐腐蚀的限制，其单机加热功率可达50MW以上。另外该产品还具有电极加热熔盐技术易损件少、维护工作量少等优点。
徐国富说，华源一线电极熔盐炉已被列入多个项目规划，首套设备投产在即。
华源一线典型项目案例
华源前线成立于1978年，总部位于杭州，公司由中央企业、工信部小巨人、省级研究院控股，公司电站辅机锅炉用户遍布各大洲20多个国家，国内市场中标率长期保持在60%以上。
徐国富介绍了一些典型的电极锅炉项目如：
▋宁夏灵武8台50MW电极锅炉（总装机容量400MW）超大容量新能源消纳项目
2023年投入运行，已取得调峰效益。
▋吴忠热电厂6台50MW电极锅炉（总装机容量300MW）
▋我国首个电网调峰电极锅炉项目：张家口尚义区域11台电极锅炉
该项目吊装试运行约7分钟完成稳定过程并达到控制目标。
▲尚义电极锅炉项目
▋乌鲁木齐高铁二期片区
该项目配置6台8MW电极锅炉及一套储热系统。
▋哈尔滨天龙药业电极锅及锅炉蓄热供热蒸汽工程
电极蒸汽锅炉；项目位于黑龙江哈尔滨天龙制药有限公司厂区，该系统利用夜间电能贫乏时储存热量，白天释放热水供热，同时蒸汽锅炉可为生产提供蒸汽。
该项目于2018年11月正式投产。
▲ 哈尔滨天龙药业电极锅炉
▋上海前滩（世界级中央商务区）能源站电极锅炉储热系统（冷热储能）
本项目储水池为现场施工，内设布水器，单机容量约3。
最后，徐国富总结：新能源的消纳可以通过电锅炉、熔盐加热炉、水储热系统或熔盐储热系统来实现；低温时采用水作为储热介质，高温时采用熔盐；小功率电加热采用电加热管，大功率高温熔盐采用电极加热；电加热电源采用新能源，结合国家电力发展形势及相关政策，应用前景广阔，可用于蒸汽、热水、导热油、发电、新能源消纳及发电厂灵活调峰等各个领域。
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