電熱水鍋爐設計

1、電加熱常壓熱水鍋爐及其設計日期:2006-4-13 22:42:11來源:來自網(wǎng)絡 查看:大中小作者：不詳 熱度：496作者:孫新國 閆曉 許為疆 惠世恩【論文摘要】電加熱鍋爐具有能量轉化效率高、零污染、起停速度快、負荷調(diào)節(jié)范 圍大、本體結構簡單等特點，文章具體介紹了一種常壓熱水電鍋爐的設計。1問題的提出根據(jù)國內(nèi)的實際情況和環(huán)保上的考慮和要求，燃煤鍋爐由于污染嚴重并且效率不高，已經(jīng)漸漸不被采用。燃油、燃氣鍋爐也存在著燃料供應不便和安全性的問題， 在人口密集的居民區(qū)、旅館、醫(yī)院、學校，電加熱的生活用常壓熱水鍋爐由于其擁 有眾多優(yōu)點，完全能代替燃煤、燃油、燃氣常壓熱水生活鍋爐，而且可以做得更好。2

2、電加熱鍋爐的特點電加熱鍋爐采用了全新的加熱方式， 并且無污染，可以稱為綠色環(huán)保鍋爐。 電 加熱鍋爐有許多獨特的優(yōu)點， 使其比其他形式的常壓熱水鍋爐更具吸引力，其具體優(yōu)點如下：(1)無污染。由于采用電熱管加熱給水，電能直接轉化為熱能，不需要采用燃 燒的方式將化學能轉化為熱能，也就不需要供應燃燒所需的空氣和化石燃料(煤、油、天然氣等)，不會排放有害氣體及飛灰，不會產(chǎn)生灰渣，完全符合環(huán)保方面的 要求，更適合安放在人口密集的生活區(qū)和辦公區(qū)。(2)能量轉化效率高。電加熱常壓熱水鍋爐采用加熱元件電熱管插入鍋殼與給 水直接接觸，加熱時換熱系數(shù)很高，能量轉化效率也很高，一般可高達95%,試運行鍋爐效率可達 9

3、8%以上。(3)鍋爐啟動、停止速度快，運行負荷調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)速度快，操作簡單。由于加熱元件電熱管的工作由外部電氣開關控制，所以鍋爐起停速度快， 通過控制各電熱管組的開關，可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)運行負荷，調(diào)節(jié)操作迅速、簡單。與燃 煤、燃油、燃氣常壓熱水鍋爐相比，操作運行更加方便、簡單。(4)鍋爐本體結構簡單，安全性好。電加熱鍋爐的本體結構非常簡單(見圖1),電加熱管采用三角形連接，三個電熱管連成一組，外面罩有接管，裝在法蘭盤上， 與外部電氣設備連接， 電熱管組外面有加熱器護罩，給水的加熱過程全部在筒體中完成，不需要布置管路，沒有燃燒室，沒有煙道。不會出現(xiàn)燃煤、燃油、燃氣鍋爐 中存在的爆燃、泄漏等

4、問題，從這個意義上講，電加熱鍋爐的安全性更好。(5)體積小，重量輕，外型布置靈活，占地面積小。由于本體的特點，使得電 鍋爐的體積可以做得很小，簡單的結構更加便于外形的布置，同時它占地面積也很小，作者設計的一個系列電熱鍋爐的尺寸重量見表1。圖1電加熱鍋爐本體結構簡圖1.筒體 2.封頭 3.人孔 4.起吊環(huán) 5.熱電偶管座 6.熱水管座 7.排氣管 8.給 水管座 9.保溫層護板 10.壓力表管座 11.加熱器護罩 12.法蘭及接管 13.鞍 式支座 14.給水泵 15.底盤框架(6)可采用計算機監(jiān)控，完全實現(xiàn)自動化，電鍋爐的水位和溫度都可以采用計 算機實時監(jiān)控調(diào)節(jié)。當水位低于一定高度，計算機發(fā)出

5、警告，運行人員可以選擇加 水或不加(需解除警報)；當筒體中的水位超過安全水位時，計算機發(fā)出警告，并停 止供水。對水溫也同時采用計算機監(jiān)控，當水溫加熱到所需溫度時，計算機提醒運行人員泵出熱水，或者短期保溫蓄水(停止大部分電熱管組繼續(xù)供熱和停止給水),電鍋爐筒體外面包有很厚的保溫層，散熱很少，保溫效果好。計算機監(jiān)控系統(tǒng)包括運算控制、運行參數(shù)實時顯示、反饋執(zhí)行三個子系統(tǒng)。電鍋爐的運行可以實現(xiàn)全自 動化，最大程度地將計算機技術應用于傳統(tǒng)的鍋爐行業(yè)。表1電鍋爐設計尺寸及重量(min)總寬 SgGnm)本體 量 Ckg)0. 351冊L42C124Q14002000, T0MW22401210156430

6、01 40NW364012401564550(7)可適當緩和當前工業(yè)用電供大于需的矛盾。目前我國的用電情況是，國營大中型企業(yè)正處于轉換機制、內(nèi)部調(diào)整階段，工業(yè)用電量較以前不增反降，而同期內(nèi)國內(nèi)不少大電廠發(fā)電機組都不同程度地擴建增容，發(fā)電能力大幅度增強， 再加上一批中小電廠的上馬， 國內(nèi)各大電網(wǎng)的供電能力明顯提高，此長彼消，電力市場出現(xiàn)了供大于求的局面，為此不得不關閉發(fā)電成本高的小電廠，大中電廠采取半負荷運行，大面積的推廣電加熱鍋爐可在一定程度上緩和這種矛盾。3設計思路大體上包括鍋爐本體的布置、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、外部電氣設備連接三大塊。3.1本體的布置由于筒體內(nèi)的換熱方式主要是對流，所以鍋爐本體的

7、布置主要是電熱管組的布置和對流換熱面的布置。(1)電熱管組的布置電熱管(管狀電加熱器)是在一個金屬管內(nèi)放入金屬電阻絲，并在空隙部分緊密 地塞滿有良好的導熱性和絕緣性的結晶氧化鎂而成，其管子材料為不銹鋼或10號鋼，筆者采用的電熱管見圖 2。它可以安裝在空氣通道里用以加熱空氣，也可以浸 在水或其他液體中用以加熱水或其他液體，以及直接放在固體金屬中加熱金屬。由于它具有結構簡單、熱效率高、機械強度好、安全可靠、輕便耐用等特點，目前已 在我國航空工業(yè)、船舶工業(yè)、石油工業(yè)、化工工業(yè)及日用工業(yè)等部門廣泛地被采用， 工業(yè)鍋爐制造行業(yè)也已推廣使用。如用于硝石槽、水槽、各種油槽、酸堿加熱裝置、易熔金屬熔化爐、空氣

8、加熱爐、常壓熱水鍋爐、干燥箱、各種沖模及壓模、電熨斗、 煮水器等。圖2電熱管外形簡圖(a)主視圖 (b)剖面圖電熱管的尺寸自行設計，總長980mm,管徑為20mm,彎徑為50mm ,換熱表面為0.248m2,加熱管材料選用10號鋼，單管功率為18kW。管組在布置上，每三 個電熱管以三角型方式連成一組，電熱管用固定夾緊固為一個整體裝在法蘭盤上， 從側面水平插入，筒體內(nèi)有角鋼支撐，避免管組由于剛度不足出現(xiàn)彎折現(xiàn)象，接管的作用是保護管組根部不被強烈沖刷，以延長電熱管的壽命， 接管的長度不到電熱管的1/3,不會顯著影響對流換熱的效果，接管焊接在筒體上用來安裝法蘭盤，電 熱管組布置簡圖見圖 3。三角型布

9、置一方面是出于外部電氣設備接線的需要，另一 方面水流沖刷而過時換熱充分、均勻，而且可以有效地利用空間，布置更多管組， 增加換熱面。圖3電熱管組裝配簡圖.接管 2.加熱器固定夾3.電熱管 4.加熱器支撐角鋼(2)對流換熱面的布置以1.40MW電熱鍋爐為例，14組電熱管組水平共面對插，筒體每側布置7組,沿長度方向水平等間距插入，充分利用鍋筒長度，可以使對流換熱更加充分、均勻。給水管座和出水管座都布置在筒體上部，分別位于兩側，目的是為了盡量加長流程，中間有隔板，下通上阻，用于增加擾動強化換熱，由換熱公式：Q=kFAt在室溫為25 c i2C、給水溫度為 20 C C、出水溫度為 95 C C的條件下

10、， A 取 60C,總換熱面積 F=3M4X0.248=10.416m2 ,總功率 Q=3X 14M8=756kW,則 電熱管的設計平均換熱系數(shù)k=756/(10.416 E0)=1.21kW/(m2. C)。0.35MW 和1.40MW電熱鍋爐電熱管設計換熱系數(shù)都取為1.21kW/(m2. C),實際運行效果良好。為延長電熱管的壽命， 給水要先軟化處理，電熱管的結垢腐蝕是縮短使用壽命的主 要原因，流量應限制在5m3/s以下，以減少電熱管表面的磨損?？傮w上對流換熱面的布置遵循了簡單實用、安全高效的原則。計算機監(jiān)控系統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)包括運算控制、運行參數(shù)實時顯示、 反饋執(zhí)行三個子系統(tǒng)。運算控制子

11、系統(tǒng)由PLC完成，實時監(jiān)控子系統(tǒng)從布置在各測點的熱電偶、水位計、 壓力傳感器(監(jiān)視壓力參數(shù)，一旦鍋筒內(nèi)壓力超過安全值，立即斷電泄壓)得到各項工作參數(shù)，PLC對得到的數(shù)據(jù)分析比較，確定需控制的參數(shù)，向執(zhí)行子系統(tǒng)發(fā)出 相應的執(zhí)行指令，執(zhí)行子系統(tǒng)由繼電器、電磁開關、聲光報警系統(tǒng)組成。監(jiān)控系統(tǒng) 的核心部分是運算控制子系統(tǒng)，采用觸模式操作面板、LCD參數(shù)顯示屏，通過實際運行，該系統(tǒng)工作良好，操作簡單易學。外部電氣設備電熱管組采用三角形聯(lián)接，外部輸入電壓為38010V,為保障鍋爐穩(wěn)定運行需 配穩(wěn)壓器，電熱管組采取分別配電的方式， 可用配電柜配電，電氣開關由計算機控 制，為保證運行安全，配有漏電保護裝置，接線要求絕緣性好， 必須保持端部干燥、 清潔，以免造成表面短路。4不足之處電鍋爐雖有眾多優(yōu)點，但也存在著不足之處。(1)用電經(jīng)濟性方面。在電價較高的地區(qū)采用電鍋爐運行費用較高，最好在電 價低收費時段運行，在電價較低的地區(qū)和環(huán)保要求較高的地區(qū)可以優(yōu)先考慮電加熱 鍋爐。(2)附加外部設備投資較大。配備計算機監(jiān)控