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【摘 要】区域供热蓄热器是节能设施，因此在芬兰等北欧国家以及韩国得到了很普遍的应用，但是在中国仍然是新事物而未大规模应用。蓄热器将热负荷低谷时热源的部分供热量蓄存，在热负荷高峰时段与热源共同向热用户供热。在举国上下建设节约型社会的形势下，蓄热器是热电联产与区域供热行业实现节能以及优化运行的最切合实际的举措。本文旨在通过介绍热水型蓄热器的应用原理与功能，企盼越来越多的热电企业与热力公司逐步认识它，到最终投资建设并使用它，使蓄热器成为热电与供热领域对节约型社会建设的重要举措之一。
【关键词】热电联产；供热；节能；蓄热器
一、蓄热器的结构与工作原理
蓄热器为具有一定容积的罐，可用钢板焊接而成或钢筋混凝土结构。其体积与高度由供热系统的需要而决定的。蓄热器通常设计为圆柱形立式钢罐，类似于储油罐，对罐体进行隔热保温。蓄热器内部安装上下布水盘用于对蓄热 /放热的水流控制，蓄热器外部系统蓄热 /放热的水泵与相应的控制阀。蓄热器分为常压与有压蓄热器两类，有压蓄热器蓄热水温度通常小于120度，而常压蓄热器其蓄热水温度小于98度。蓄热器的运行依据不同温度的水其密度差异的冷热水分层原理，温度高的供水处于蓄热罐的上部区域，而温度低的回水处于蓄热罐的下部区域。蓄热时，冷水从蓄热罐底部排出；而热水从蓄热罐上部区域蓄入罐内；放热过程，则流向相反。为了保证蓄热器的可靠运行，最重要的是控制进入/ 流出的水流量，以防止蓄热器内冷热水层的混合尽管有压蓄热器可以蓄存高于100度的热水，但其投资高，而很少在区域供热系统得到应用。实际工程中常采用常压蓄热器，蓄存温度低于100度的热水。蓄热器可与供热管网直接连接或间接连接，在多热源联网运行的供热系统中，仅有一个热源的蓄热器与热网直接连接并作为热网的定压系统，而其余的必须与热网通过换热器间接连接。
二、热水蓄热器的功能及介绍
热水蓄热器系统可以在热源输出热量大于用户需求热量时将多余的热量存储起来，在用户需求热量大于热源输出热量时将存储在蓄热器内的热量释放出来，起到 “削峰填谷”、调节供热中的热量平衡、减少能量浪费的作用。热水蓄热器工作是依据不同温度水的分层原理：温度高的热水处于蓄热器的上部区域，温度低的冷水处于蓄热器的下部区域。蓄热过程开始后，热水从上部区域进入蓄热器内，而冷水从蓄热器底部排出。放热过程流向相反来运行。
2.1热水蓄热器由罐体（钢 罐 或 钢 筋 混 凝土）、布水盘、水位控制器、排水系统、安全装置（安全阀、水封）、温度和压力等测量装置、自控监测调节装置、蓄热泵、放热泵、喷射泵、蒸汽发生器、蒸汽发生器补水泵组成。
2.2在热水蓄热器自动控制运行时蓄、放热过程是通过设置压差控制的。压差控制器的输出连接到蓄热与放热功率控制器，并作为其设定值。当控制误差为零（设定值与实际压差相等）时，提供给蓄热与放热控制器的输出信号为 0。当实际压差超过蓄热设定值时，系统将启动蓄热；而当压差降低至低于蓄热设定值时，系统停止蓄热。当实际压差降低至低于放热设定值，系统将开始放热；而当实际压差超过放热设定值时，系统停止放热过程。在蓄、放热过程可以通过控制系统设置流量。
2.3布水盘是蓄热器最重要的部分，其作用是控制进入/流出的水流速度，防止蓄热器内冷热水层的混合，防止水流速度较高，影响水流分配，从而影响蓄热能力（MW）与蓄/放功率（MW）的出力。布水盘最普通的形式为板盘式。
2.4水位控制器负责调整蓄热器内水的质量。蓄热器的水位控制原理为保持蓄热器内水的总量（质量）恒定。蓄热器运行最重要的就是控制进入、流出蓄热器的水流量，保持蓄热器内水的重量不变，使蓄热器内的热水处于层流状态，防止发生紊流使冷热水层混合。
2.5排水系统是为了处理热水膨胀问题。安全装置是为了防止罐内真空而设置的，由机械式安全阀、水封装置组成。通过控制水封的水面高度來设定水封型的安全装置的开启与关闭压力，即通过向安全装置的水槽供入恒定水量以保证对水封的充水。在蓄热器启动时，通过短时间降低安全装置的开启压力使罐内的蒸汽空间达到饱和状态。喷射泵系统的作用是确保安全阀水封里有水，降低蒸汽排放与热损失，喷水喷嘴用于减少蒸汽的排出，通过向蓄热器顶部的蒸汽空间喷入水使得蒸汽凝结实现蒸汽容量的有效降低。
2.6蒸汽发生器是安全装置的组成部分。通过蒸汽发生器产生低压蒸汽进入蓄热器上部维持微正压，防止空气侵入到蓄热器上部。蒸汽发生器水泵通过出口管电磁阀控制蒸汽发生器水位。
2.7自控系统主要由水位监测与控制系统、温度监测与控制系统、压差控制系统组成。合适的水位对蓄热器的安全运行至关重要，水位报警器及其控制系统在热水蓄热器达到报警设定值时将自动停止蓄热 / 放热泵的运行，关闭控制阀与关断阀；在沿罐壁高度方向和在罐壁距离上布水盘以下与下布水盘以上安装若干温度测点及其连接的控制系统，控制蓄热 / 放热的运行并计算蓄热器所蓄存热量，当蓄热器所蓄存的有用热量用尽时而停止放热过程，而当热水达到罐底部时而停止蓄热过程；压差控制系统采集压力信号，经过计算压差与设定值进行比较，指导蓄热器进行蓄热/放热。
三、热水蓄热器的应用
3.1热用户的热负荷是随着室外气温与用户的用热习惯而变化的，因此存在着用热负荷的高峰与低谷，尤其当用户实现了控制与热计量收费。为了满足用户供热的需求，热源必须根据热负荷进行实时的供热量调整。但是受热电厂自控水平的限制以及热电厂增减负荷的复杂性，热源的供热量不可能严格地随用户热需求的变化而及时调整，因此室外气温的变化将导致用户室温的相应变化。如突来寒流，热源供热量的调节滞后与不及时将导致用户室温的降低，影响了供暖质量；气温升高将导致室温的超高，因而浪费能源，同时频繁地调整负荷将降低设备的使用寿命。
3.2为了平衡热源的运行，使之相对稳定运行，在热电厂建设蓄热器对提高热电厂的供热能力降低热电厂的供热量波动提高供热质量节约能源都具有重要的作用与意义。蓄热器的应用可保持电厂供热机组恒定负荷运行，在用户热负荷较低时，蓄热器将多余的供热量储存在罐体内，当室外气温降低，热负荷增加，而供热机组的供热能力不能满足用户热负荷的需要，此时蓄热器将放热，将储存在罐体内的热量与供热机组的恒定供热量共同供给用户，以满足高峰热负荷的需要。通常蓄热器可以向供热系统提供）" &）#- 的消峰能力，如图 ’。另外一种情况是，夜晚用电负荷较低，可从凝汽式汽轮机抽取相当量的蒸汽与蓄热器系统进行汽水热交换，将热蓄存于蓄热器内，在白天用电负荷较高时，汽轮机减少抽汽而增加发电，蓄热器与降低了供热出力的供热机组同时供热，以满足热网需求。 四、蓄热器的功能与作用
在热电联产供热系统中应用蓄热器具有多方面的作用与效益：
4.1加强热电厂的经济运行，稳定热电厂运行
使用蓄热器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，此时蓄热器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。在供热系统若干个热电厂中利用最经济的热电厂（最廉价燃料）更好地利用成本最优热能生产与燃料。考虑峰谷电价，在热电厂应用蓄热器实现发电的灵活性与自由度，提高热电厂的经济性。
蓄热器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热器内，在热网尖峰负荷状态下，蓄热器与热电厂联合供热，可降低高价尖峰热源的供热量，优化系统的运行。
4.2蓄热器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热器，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。
4.3蓄热器是供热系统的备用热源某热源因故而停止供热时，蓄热器可以及时运行补充供热，防止造成大面停热状态。
4.4 蓄热器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热器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。
4.5 建设蓄热器可以代替尖峰热源的建设蓄热器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。
4.6 蓄热器与供热系统直接连接，可作为热网定压系统由于蓄热器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壓系统。
4.7 蓄热器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。如果建设了蓄热器，它可缓解热网的压力急剧升高，使供热系统安全运行
五、蓄热器的经济性及其影响因素
5.1区域供热系统应用蓄热器的经济性取决于热电厂供热与尖峰锅炉房供热热价之差，电力峰谷电价，不同热电厂之间的成本之差，蓄热器的使用频率，蓄热器回水温度，热价与燃料价格等诸多因素。
5.2根据国外经验，如果热价相差大于 20元/GJ，则蓄热器具有很好的经济性。而根据国内的实际运行经验，燃煤供热锅炉的供热成本超过热电厂25 元/GJ供热成本的2倍以上，而天然气供热锅炉的热生产成本是热电厂的3倍，因此燃煤尖峰锅炉的热价高于60 元/GJ，而天然气尖峰锅炉的热价高达96元/GJ。显而易见，对于中国的供热系统，建设蓄热器充分利用热电联产，减少启动尖峰锅炉，将极大地提高热力公司的经济效益。
5.3根据中国供热系统的实际运行经验，供热负荷尖峰时段仅为6小时，为满足短期尖峰时段的供热需求而投入大量资金建设锅炉供热厂显然不甚合理。而建设蓄热器来满足同样的供热需求，其投资额远远低于建设供热锅炉房，实现合理的投资。
对于蓄存 98℃热水的蓄热器，回水温度越低，其蓄热量则越大，则效益越好，投资回收期越短。对于 10000立方米的蓄热器，当水温为98/65 ℃时，其蓄热能力为380MWh，；如果回水 温 度 降 低 至 50℃，则 蓄 热 能 力 提 高 至495MWh.，增长30%。
六、结束语
在停热时，由于热量需求迅速减少，管网关门操作频繁，供热管网的供回水压差升高，这时热水蓄热器可以将一部分热水储存起来，降低压差，提高了管网运行的安全性。在管网出现漏点，供回水压差变小时，热水蓄热器可以进行放热，为管网补水，稳定管网的运行工况.
参考文献：
[1]石兆玉.供热系统多热源联网运行的再认识.《中国建筑信息供热制冷》，2006 年 2 期.
[2]张殿军，闻作祥.热水蓄热器在区域供热系统中的应用.《区域供热》2005 年 6 期.
[3]付林，江亿，张世钢.基于Co-ah循环的热电联产集中供热方法[J].清华大学学报（自然科学版）.2008（09）
（作者单位：天津市热电有限公司）
【关键词】热电联产；供热；节能；蓄热器
一、蓄热器的结构与工作原理
蓄热器为具有一定容积的罐，可用钢板焊接而成或钢筋混凝土结构。其体积与高度由供热系统的需要而决定的。蓄热器通常设计为圆柱形立式钢罐，类似于储油罐，对罐体进行隔热保温。蓄热器内部安装上下布水盘用于对蓄热 /放热的水流控制，蓄热器外部系统蓄热 /放热的水泵与相应的控制阀。蓄热器分为常压与有压蓄热器两类，有压蓄热器蓄热水温度通常小于120度，而常压蓄热器其蓄热水温度小于98度。蓄热器的运行依据不同温度的水其密度差异的冷热水分层原理，温度高的供水处于蓄热罐的上部区域，而温度低的回水处于蓄热罐的下部区域。蓄热时，冷水从蓄热罐底部排出；而热水从蓄热罐上部区域蓄入罐内；放热过程，则流向相反。为了保证蓄热器的可靠运行，最重要的是控制进入/ 流出的水流量，以防止蓄热器内冷热水层的混合尽管有压蓄热器可以蓄存高于100度的热水，但其投资高，而很少在区域供热系统得到应用。实际工程中常采用常压蓄热器，蓄存温度低于100度的热水。蓄热器可与供热管网直接连接或间接连接，在多热源联网运行的供热系统中，仅有一个热源的蓄热器与热网直接连接并作为热网的定压系统，而其余的必须与热网通过换热器间接连接。
二、热水蓄热器的功能及介绍
热水蓄热器系统可以在热源输出热量大于用户需求热量时将多余的热量存储起来，在用户需求热量大于热源输出热量时将存储在蓄热器内的热量释放出来，起到 “削峰填谷”、调节供热中的热量平衡、减少能量浪费的作用。热水蓄热器工作是依据不同温度水的分层原理：温度高的热水处于蓄热器的上部区域，温度低的冷水处于蓄热器的下部区域。蓄热过程开始后，热水从上部区域进入蓄热器内，而冷水从蓄热器底部排出。放热过程流向相反来运行。
2.1热水蓄热器由罐体（钢 罐 或 钢 筋 混 凝土）、布水盘、水位控制器、排水系统、安全装置（安全阀、水封）、温度和压力等测量装置、自控监测调节装置、蓄热泵、放热泵、喷射泵、蒸汽发生器、蒸汽发生器补水泵组成。
2.2在热水蓄热器自动控制运行时蓄、放热过程是通过设置压差控制的。压差控制器的输出连接到蓄热与放热功率控制器，并作为其设定值。当控制误差为零（设定值与实际压差相等）时，提供给蓄热与放热控制器的输出信号为 0。当实际压差超过蓄热设定值时，系统将启动蓄热；而当压差降低至低于蓄热设定值时，系统停止蓄热。当实际压差降低至低于放热设定值，系统将开始放热；而当实际压差超过放热设定值时，系统停止放热过程。在蓄、放热过程可以通过控制系统设置流量。
2.3布水盘是蓄热器最重要的部分，其作用是控制进入/流出的水流速度，防止蓄热器内冷热水层的混合，防止水流速度较高，影响水流分配，从而影响蓄热能力（MW）与蓄/放功率（MW）的出力。布水盘最普通的形式为板盘式。
2.4水位控制器负责调整蓄热器内水的质量。蓄热器的水位控制原理为保持蓄热器内水的总量（质量）恒定。蓄热器运行最重要的就是控制进入、流出蓄热器的水流量，保持蓄热器内水的重量不变，使蓄热器内的热水处于层流状态，防止发生紊流使冷热水层混合。
2.5排水系统是为了处理热水膨胀问题。安全装置是为了防止罐内真空而设置的，由机械式安全阀、水封装置组成。通过控制水封的水面高度來设定水封型的安全装置的开启与关闭压力，即通过向安全装置的水槽供入恒定水量以保证对水封的充水。在蓄热器启动时，通过短时间降低安全装置的开启压力使罐内的蒸汽空间达到饱和状态。喷射泵系统的作用是确保安全阀水封里有水，降低蒸汽排放与热损失，喷水喷嘴用于减少蒸汽的排出，通过向蓄热器顶部的蒸汽空间喷入水使得蒸汽凝结实现蒸汽容量的有效降低。
2.6蒸汽发生器是安全装置的组成部分。通过蒸汽发生器产生低压蒸汽进入蓄热器上部维持微正压，防止空气侵入到蓄热器上部。蒸汽发生器水泵通过出口管电磁阀控制蒸汽发生器水位。
2.7自控系统主要由水位监测与控制系统、温度监测与控制系统、压差控制系统组成。合适的水位对蓄热器的安全运行至关重要，水位报警器及其控制系统在热水蓄热器达到报警设定值时将自动停止蓄热 / 放热泵的运行，关闭控制阀与关断阀；在沿罐壁高度方向和在罐壁距离上布水盘以下与下布水盘以上安装若干温度测点及其连接的控制系统，控制蓄热 / 放热的运行并计算蓄热器所蓄存热量，当蓄热器所蓄存的有用热量用尽时而停止放热过程，而当热水达到罐底部时而停止蓄热过程；压差控制系统采集压力信号，经过计算压差与设定值进行比较，指导蓄热器进行蓄热/放热。
三、热水蓄热器的应用
3.1热用户的热负荷是随着室外气温与用户的用热习惯而变化的，因此存在着用热负荷的高峰与低谷，尤其当用户实现了控制与热计量收费。为了满足用户供热的需求，热源必须根据热负荷进行实时的供热量调整。但是受热电厂自控水平的限制以及热电厂增减负荷的复杂性，热源的供热量不可能严格地随用户热需求的变化而及时调整，因此室外气温的变化将导致用户室温的相应变化。如突来寒流，热源供热量的调节滞后与不及时将导致用户室温的降低，影响了供暖质量；气温升高将导致室温的超高，因而浪费能源，同时频繁地调整负荷将降低设备的使用寿命。
3.2为了平衡热源的运行，使之相对稳定运行，在热电厂建设蓄热器对提高热电厂的供热能力降低热电厂的供热量波动提高供热质量节约能源都具有重要的作用与意义。蓄热器的应用可保持电厂供热机组恒定负荷运行，在用户热负荷较低时，蓄热器将多余的供热量储存在罐体内，当室外气温降低，热负荷增加，而供热机组的供热能力不能满足用户热负荷的需要，此时蓄热器将放热，将储存在罐体内的热量与供热机组的恒定供热量共同供给用户，以满足高峰热负荷的需要。通常蓄热器可以向供热系统提供）" &）#- 的消峰能力，如图 ’。另外一种情况是，夜晚用电负荷较低，可从凝汽式汽轮机抽取相当量的蒸汽与蓄热器系统进行汽水热交换，将热蓄存于蓄热器内，在白天用电负荷较高时，汽轮机减少抽汽而增加发电，蓄热器与降低了供热出力的供热机组同时供热，以满足热网需求。 四、蓄热器的功能与作用
在热电联产供热系统中应用蓄热器具有多方面的作用与效益：
4.1加强热电厂的经济运行，稳定热电厂运行
使用蓄热器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，此时蓄热器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。在供热系统若干个热电厂中利用最经济的热电厂（最廉价燃料）更好地利用成本最优热能生产与燃料。考虑峰谷电价，在热电厂应用蓄热器实现发电的灵活性与自由度，提高热电厂的经济性。
蓄热器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热器内，在热网尖峰负荷状态下，蓄热器与热电厂联合供热，可降低高价尖峰热源的供热量，优化系统的运行。
4.2蓄热器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热器，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。
4.3蓄热器是供热系统的备用热源某热源因故而停止供热时，蓄热器可以及时运行补充供热，防止造成大面停热状态。
4.4 蓄热器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热器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。
4.5 建设蓄热器可以代替尖峰热源的建设蓄热器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。
4.6 蓄热器与供热系统直接连接，可作为热网定压系统由于蓄热器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壓系统。
4.7 蓄热器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。如果建设了蓄热器，它可缓解热网的压力急剧升高，使供热系统安全运行
五、蓄热器的经济性及其影响因素
5.1区域供热系统应用蓄热器的经济性取决于热电厂供热与尖峰锅炉房供热热价之差，电力峰谷电价，不同热电厂之间的成本之差，蓄热器的使用频率，蓄热器回水温度，热价与燃料价格等诸多因素。
5.2根据国外经验，如果热价相差大于 20元/GJ，则蓄热器具有很好的经济性。而根据国内的实际运行经验，燃煤供热锅炉的供热成本超过热电厂25 元/GJ供热成本的2倍以上，而天然气供热锅炉的热生产成本是热电厂的3倍，因此燃煤尖峰锅炉的热价高于60 元/GJ，而天然气尖峰锅炉的热价高达96元/GJ。显而易见，对于中国的供热系统，建设蓄热器充分利用热电联产，减少启动尖峰锅炉，将极大地提高热力公司的经济效益。
5.3根据中国供热系统的实际运行经验，供热负荷尖峰时段仅为6小时，为满足短期尖峰时段的供热需求而投入大量资金建设锅炉供热厂显然不甚合理。而建设蓄热器来满足同样的供热需求，其投资额远远低于建设供热锅炉房，实现合理的投资。
对于蓄存 98℃热水的蓄热器，回水温度越低，其蓄热量则越大，则效益越好，投资回收期越短。对于 10000立方米的蓄热器，当水温为98/65 ℃时，其蓄热能力为380MWh，；如果回水 温 度 降 低 至 50℃，则 蓄 热 能 力 提 高 至495MWh.，增长30%。
六、结束语
在停热时，由于热量需求迅速减少，管网关门操作频繁，供热管网的供回水压差升高，这时热水蓄热器可以将一部分热水储存起来，降低压差，提高了管网运行的安全性。在管网出现漏点，供回水压差变小时，热水蓄热器可以进行放热，为管网补水，稳定管网的运行工况.
参考文献：
[1]石兆玉.供热系统多热源联网运行的再认识.《中国建筑信息供热制冷》，2006 年 2 期.
[2]张殿军，闻作祥.热水蓄热器在区域供热系统中的应用.《区域供热》2005 年 6 期.
[3]付林，江亿，张世钢.基于Co-ah循环的热电联产集中供热方法[J].清华大学学报（自然科学版）.2008（09）
（作者单位：天津市热电有限公司）