固体电蓄热装置蓄热过程的实验研究

固体电蓄热装置蓄热过程的实验研究

郭成1罗勇2姜宏3

（1.石家庄铁道大学河北石家庄050043；2.石家庄铁道大学河北石家庄050043；

3.北方工程设计研究院有限公司河北石家庄050011）

摘要：本文对固体电蓄热锅炉进行了简单介绍，并针对固体电蓄热装置的蓄热过程进行了实验研究，通过研究，得到了相同条件下蓄热体内温度分布规律和温度升高速率的规律。

关键词：固体电蓄热；蓄热过程；温度分布规律

0引言

随着人民生活水平，供电峰谷差逐年加大，给电网运行带来了较高的经济损失，另外，国家对不可再生资源和环境保护的要求一再提高，那么，大力推广在低谷时段运行的蓄热装置，不仅为“移峰填谷”的有效办法[1]，也对不可再生资源和环境保护做出了突出贡献。那么，供热锅炉煤改电工程便成了关注的焦点。固体蓄热装置，体积小，投资小，不仅克服了传统锅炉的缺点，而且兼具环保、高效、节能、安全等多项优势[2]。因此，对固体蓄热锅炉的研究价值是非常有意义的。

1固体电蓄热锅炉的简单介绍

固体电蓄热锅炉是一种能够将电能转化为热能储存，用于向热用户采暖或作为其他热能应用的设备，其结构较为简单，热效率却能达到95%～98%[3]。其工作过程包括加热过程和放热过程。加热过程是由电能转换成热能和将热能传递给蓄能介质两个环节组成。电固体蓄热时间是晚上10:00到第二天早上6:00，此时，电流通过加热管中的电阻丝产生热量，并通过热对流和导热的方式传递给蓄热体，使蓄热体内表面温度升高，并通过导热的方式，由蓄热体的内表面向外表面传递，使蓄热体的温度逐渐升高。蓄热8h后，蓄热体温度达到800～1000℃，打开风机，进行风系统的循环，对用户开始提供热量。

固体电蓄热锅炉的蓄热过程能否顺利进行，并且能否保证蓄热体的蓄热量满足用户全天的供应，对整个工作过程来说至关重要。因此，对蓄热体的蓄热过程的研究也是非常必要的。

2电蓄热实验装置的介绍

就此疑问，对蓄热体进行了蓄热过程的实验研究。实验装置见图1，装置主要由加热管（M型）、保温棉、蓄热体、底座等材料构成。加热管为电阻式加热管。蓄热体为以铁为主要成分的固体块，加热管与蓄热体之间有2mm左右的缝隙，保温棉于蓄热体外侧。

图2为测点分布，由于1、3、分布在一根M型加热管的一根支管上，2、4分布在同一根M型加热管的另一根支管上，加热管为同一根加热管，所以通电后两只加热管的分支可视为以同样的速度升温，也就是说，4个测点的热源温度相同。图2中下图，给出了4个点是等距离分布在蓄热体里。由此，我们可以将4个点看作在同等条件下，同一轴线上的温度分布。试验时，设定温度为800℃，升温方式采用直接升温到800℃。

3蓄热体蓄热过程的实验研究

3.1蓄热过程蓄热体温度变化

图3是加热过程，蓄热体从0℃～800℃各层的温度分布规律曲线。由此可见，在加热管通电以后，各层无论是温度升高的幅度，还是温度变化的速度，都是蓄热体内侧表面大，外侧表面小。

由图3可以看出，加热过程大致可以分为两个阶段。由于没有外壁与取热流体间的热对流作用，可以认为电热丝输入的电能全部用于蓄热体温度的升高。初始时刻，蓄热体内部温度均为30.88℃，在前一段以恒定热流量加热运行0.5h的时间内，蓄热体各点的温度上升速率不尽相同。在加热过程中，虽然加热管的功率恒定，但由于蓄热体材料蓄能导热，使得蓄热体各层的蓄热量并不是常数。

图4为蓄热体蓄热过程中各个测点的温度增长速率曲线。可知，初始阶段的1.5h内温度升高的速率很快，内侧由于与加热管的热对流作用较强，致使温度升高的很快。而测点2、测点3、测点4三处与测点1存在温差，由于蓄热体内部的导热作用，温度也逐渐升高。随后，蓄热体各点的蓄热以大致相等的速率同步升温，且逐渐减小。

4结论

本文是对单纯的蓄热过程进行的实验研究，其得出结论如下：

（1）对蓄热过程中，蓄热体内的温度分布的实验，表明：对同种材料的蓄热体，随着蓄热体温度的升高，蓄热体靠近加热管一侧温升速率逐渐变小，由于蓄热体内部是靠导热来完成的，所以蓄热体内部温升速率先升高后降低，最后整个蓄热体温升速率趋于一致。

（2）蓄热过程中，靠近加热管的一侧温度升高较快，远离加热管的一侧温度升高较慢。

（3）加热过程中，沿蓄热体轴向温度分布不均。蓄热体内部主要是靠导热完成温度的传递。

参考文献：

[1]胡兆光.需求侧管理在北京移峰填谷中的应用[J].中国电力，1998，31（9）：37-40

[2]白胜喜，赵广播，董芃.固体电蓄热装置及经济性分析中国电力.2002,35(6):79-80

[3]廖晋.固体电蓄热装置的传热特性研究哈尔滨工业大学.2014