固体蓄热式电锅炉蓄热模拟及实验.docxVIP

固体蓄热式电锅炉蓄热模拟及实验苏俊林1 ,张亚仁2 ,胡月红1(1. 吉林大学 热能工程系 ,吉林 长春 130022 ;2. 吉林省能源研究所 ,吉林 长春 130012)合 ,如制冷空调领域4 ～5 。在我国热水蓄热电锅炉在一些城市得到了成功 的推广使用6 ～7 ,但热水蓄热器存在体积大 、蓄热温 度低 、耗钢大等缺点 。针对这种情况 ,本文研制了一种新型蓄热装置 ———固体蓄热电锅炉 ,并进行了传 热性能的模拟及实验 。摘 要 :研 究 一 种 新 型 的 蓄 能 装 置 ———固 体 蓄 热 式 电 热 锅炉 。该设备利用低谷电加热穿插在蓄热体耐火砖孔道中的 电热丝 ,蓄热体吸收电热丝释放的热量并暂时贮存起来 ,在 需要的时候通过二次换热释放出来 ,供用户使用 。采用 AN2SYS 进行蓄热体温度场的三维数值模拟 ,得到了不同时刻的 温度分布 。为了验证 ANSYS 模拟温度分布的正确性 ,在 260～900 ℃范围内进行了试验测试 。其结果表明 ,在此温度范 围内 , 两者误差小于 10 % ,在 7 h 谷电期间 , 蓄热温 度 可 达900 ℃。实 验 样 机 表 明 , 锅 炉 热 效 率 可 达 97. 4 %。研 究 表 明 :此型固体蓄热式电热锅炉具有蓄热能力高 ,结构紧凑 ,运 行安全 、高效节能及无大气污染等特点 ,对固体蓄热式电热 锅炉的应用推广具有一定的指导意义 。1结构设计特点关 键 词 :固体蓄热 ;电热锅炉 ;低谷电 ;实验研究 ;数值模拟中图分类号 : TK229. 92文献标识码 :A引言近年来 ,随着水电 、核电的迅速崛起 ,同时伴随着燃料等常规能源价格的上涨 ,电热锅炉显示出很 强的“生命力”。电锅炉自 1986 年在我国问世以来 , 得到了迅速的发展 ,但还主要是局限在电力系统和 电量富裕的地区 。随着电力峰谷差的加大 ,人们对 环保要求的进一步提高 ,以及电力部门用电优惠政 策的贯彻 ,电锅炉蓄热式采暖成为采暖热源的一种 比较好的形式 。热能储存技术用于解决热能供给与 需求失配的矛盾 ,是提高能源的利用效率和保护环 境的重要技术 ,在太阳能利用 ,电力的“削峰填谷”, 废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑物采暖 与空调的节能等领域具有广阔的应用前景 ,近年来 已成为世界范围内的研究热点1 ～2 。目前应用最广的是显热蓄热 ,包括液体的显热 蓄热和固体的显热蓄热 。瑞典 、美国 、英国等国家都 对显热蓄热器进行了较为深入的研究 ,并在一些领 域已投入使用 。从目前的研究进展情况看 ,瑞典处 于领先地位3 。潜热蓄热技术主要集中在冰蓄冷场图 1固体蓄热式电锅炉简图图 2耐火砌体简图如图 1 和图 2 所示 ,固体蓄热式电热锅炉的工作原理为 :装置是由外壳 、换热装置 、循环风机 、保温 材料 、电热丝 、电源 、温度测量器 、控制装置及电机组 成 。其特征是 :蓄热装置是由耐火砌块砌筑而成 ,耐 火砌块上设有若干个纵向贯穿孔洞和横向贯穿孔 洞 。装置的工作过程是 :当电源接通后 ,穿插在耐火收稿日期 :2007 - 01 - 29 ; 修订日期 :2007 - 06 - 11作者简介 :苏俊林 (1953 - ) ,男 ,吉林长春人 ,吉林大学教授 ,博士 1第 6 期苏俊林 ,等 :固体蓄热式电锅炉蓄热模拟及实验·639·砌块横向贯穿空洞中的电热丝开始发热 ,把热量传给由耐火砌块所砌成的蓄热装置 ,当温度达到预定 数值后 ,经温度测量器把信号传给控制装置 ,使电源 断开 ,保温材料把蓄热装置所得到的热量贮存起来 , 当需要热量时 ,开启循环风机 ,使空气通过保温材料的缝隙 ,进入耐火材料的纵向贯穿孔洞中 ,空气温度 得到提高 ,然后再被抽到循环风机中循环流动 。与 此同时 ,热空气通过换热装置把热量传给换热装置 中的循环水 ,供用热对象使用 ,其水温的控制是通过 调节风机驱动电机的转速来实现的 。2 蓄热温度场模拟图 4加热 3 h 后的温度分布固体蓄热式电锅炉中的蓄热是三维的非稳态导热问题 ,其导热微分方程为 : 9t29τ= a A t + Q′/ c·ρ(1)222A 2 t = 9t + 9 t + 9 t(2)9x2 9y2 9z2λ ;式中 : t —格砖温度 ;τ—时间 ; a —导温系数 a =c·ρx —蓄热体长度方向上从表面至内部的距离 ; z —在蓄热体同一高度上垂直于 x 方向的距离 ; y —蓄热体 高度方向的距离 ;λ—格砖的导热系数 ;ρ—格砖的密度 ; c —格砖的比热 ; Q′—电阻丝的电热功率 。由于三维的非稳态导热问题的复杂性 ,难以得 到解析解 。随着计算机技术和计算方法的发展 ,复 杂的工程问题可采用离散化的数值计