式换热器
新型换热器
新闻动态
电加热常压热水锅炉及其设计点击：1837 日期：[ 2014-04-26 22:55:16 ] |
| 作者:孙新国 闫晓 许为疆 惠世恩 【论文摘要】电加热锅炉具有能量转化效率高、零污染、起停速度快、负荷调节范围大、本体结构简单等特点，文章具体介绍了一种常压热水电锅炉的设计。1 问题的提出 根据国内的实际情况和环保上的考虑和要求，燃煤锅炉由于污染严重并且效率不高，已经渐渐不被采用。燃油、燃气锅炉也存在着燃料供应不便和安全性的问题，在人口密集的居民区、旅馆、医院、学校，电加热的生活用常压热水锅炉由于其拥有众多优点，完全能代替燃煤、燃油、燃气常压热水生活锅炉，而且可以做得更好。2 电加热锅炉的特点 电加热锅炉采用了全新的加热方式，并且无污染，可以称为绿色环保锅炉。电加热锅炉有许多独特的优点，使其比其他形式的常压热水锅炉更具吸引力，其具体优点如下： (1)无污染。由于采用电热管加热给水，电能直接转化为热能，不需要采用燃烧的方式将化学能转化为热能，也就不需要供应燃烧所需的空气和化石燃料(煤、油、天然气等)，不会排放有害气体及飞灰，不会产生灰渣，完全符合环保方面的要求，更适合安放在人口密集的生活区和办公区。 (2)能量转化效率高。电加热常压热水锅炉采用加热元件电热管插入锅壳与给水直接接触，加热时 换热系数很高，能量转化效率也很高，一般可高达95%，试运行锅炉效率可达98%以上。 (3)锅炉启动、停止速度快，运行负荷调节范围大，调节速度快，操作简单。由于加热元件电热管的工作由外部电气开关控制，所以锅炉起停速度快，通过控制各电热管组的开关，可以在很大范围内调节运行负荷，调节操作迅速、简单。与燃煤、燃油、燃气常压热水锅炉相比，操作运行更加方便、简单。 (4)锅炉本体结构简单，安全性好。电加热锅炉的本体结构非常简单(见图1)，电加热管采用三角形连接，三个电热管连成一组，外面罩有接管，装在法兰盘上，与外部电气设备连接，电热管组外面有加热器护罩，给水的加热过程全部在筒体中完成，不需要布置管路，没有燃烧室，没有烟道。不会出现燃煤、燃油、燃气锅炉中存在的爆燃、泄漏等问题，从这个意义上讲，电加热锅炉的安全性更好。 (5)体积小，重量轻，外型布置灵活，占地面积小。由于本体的特点，使得电锅炉的体积可以做得很小，简单的结构更加便于外形的布置，同时它占地面积也很小，作者设计的一个系列电热锅炉的尺寸重量见表1。图1 电加热锅炉本体结构简图1.筒体 2.封头 3.人孔 4.起吊环 5.热电偶管座 6.热水管座 7.排气管 8.给水管座 9.保温层护板 10.压力表管座 11.加热器护罩 12.法兰及接管 13.鞍式支座 14.给水泵 15.底盘框架 (6)可采用计算机监控，完全实现自动化，电锅炉的水位和温度都可以采用计算机实时监控调节。当水位低于一定高度，计算机发出警告，运行人员可以选择加水或不加(需解除警报)；当筒体中的水位超过安全水位时，计算机发出警告，并停止供水。对水温也同时采用计算机监控，当水温加热到所需温度时，计算机提醒运行人员泵出热水，或者短期保温蓄水(停止大部分电热管组继续供热和停止给水)，电锅炉筒体外面包有很厚的保温层，散热很少，保温效果好。计算机监控系统包括运算控制、运行参数实时显示、反馈执行三个子系统。电锅炉的运行可以实现全自动化，最大程度地将计算机技术应用于传统的锅炉行业。表1 电锅炉设计尺寸及重量 (7)可适当缓和当前工业用电供大于需的矛盾。目前我国的用电情况是，国营大中型企业正处于转换机制、内部调整阶段，工业用电量较以前不增反降，而同期内国内不少大电厂发电机组都不同程度地扩建增容，发电能力大幅度增强，再加上一批中小电厂的上马，国内各大电网的供电能力明显提高，此长彼消，电力市场出现了供大于求的局面，为此不得不关闭发电成本高的小电厂，大中电厂采取半负荷运行，大面积的推广电加热锅炉可在一定程度上缓和这种矛盾。 3 设计思路 大体上包括锅炉本体的布置、计算机监控系统、外部电气设备连接三大块。3.1 本体的布置 由于筒体内的换热方式主要是对流，所以锅炉本体的布置主要是电热管组的布置和对流换热面的布置。 (1)电热管组的布置 电热管(管状电加热器)是在一个金属管内放入金属电阻丝，并在空隙部分紧密地塞满有良好的导热性和绝缘性的结晶氧化镁而成，其管子材料为不锈钢或10号钢，笔者采用的电热管见图2。它可以安装在空气通道里用以加热空气，也可以浸在水或其他液体中用以加热水或其他液体，以及直接放在固体金属中加热金属。由于它具有结构简单、热效率高、机械强度好、安全可靠、轻便耐用等特点，目前已在我国航空工业、船舶工业、石油工业、化工工业及日用工业等部门广泛地被采用，工业锅炉制造行业也已推广使用。如用于硝石槽、水槽、各种油槽、酸碱加热装置、易熔金属熔化炉、空气加热炉、常压热水锅炉、干燥箱、各种冲模及压模、电熨斗、煮水器等。 图2 电热管外形简图(a)主视图 (b)剖面图 电热管的尺寸自行设计，总长980mm，管径为20mm，弯径为50mm，换热表面为0.248m2，加热管材料选用10号钢，单管功率为18kW。管组在布置上，每三个电热管以三角型方式连成一组，电热管用固定夹紧固为一个整体装在法兰盘上，从侧面水平插入，筒体内有角钢支撑，避免管组由于刚度不足出现弯折现象，接管的作用是保护管组根部不被强烈冲刷，以延长电热管的寿命，接管的长度不到电热管的1/3，不会显著影响对流换热的效果，接管焊接在筒体上用来安装法兰盘，电热管组布置简图见图3。三角型布置一方面是出于外部电气设备接线的需要，另一方面水流冲刷而过时换热充分、均匀，而且可以有效地利用空间，布置更多管组，增加换热面。图3 电热管组装配简图1.接管 2.加热器固定夹 3.电热管 4.加热器支撑角钢(2)对流换热面的布置 以1.40MW电热锅炉为例，14组电热管组水平共面对插，筒体每侧布置7组，沿长度方向水平等间距插入，充分利用锅筒长度，可以使对流换热更加充分、均匀。给水管座和出水管座都布置在筒体上部，分别位于两侧，目的是为了尽量加长流程，中间有隔板，下通上阻，用于增加扰动强化换热，由换热公式：Q=kFΔt 在室温为25℃±2℃、给水温度为20℃±1℃、出水温度为95℃±1℃的条件下，Δt取60℃，总换热面积F=3×14×0.248=10.416m2，总功率Q=3×14×18=756kW,则电热管的设计平均换热系数k=756/(10.416×60)=1.21kW/(m2.℃)。0.35MW和1.40MW电热锅炉电热管设计换热系数都取为1.21kW/(m2.℃)，实际运行效果良好。为延长电热管的寿命，给水要先软化处理，电热管的结垢腐蚀是缩短使用寿命的主要原因，流量应限制在5m3/s以下，以减少电热管表面的磨损。总体上对流换热面的布置遵循了简单实用、安全高效的原则。3.2 计算机监控系统 计算机监控系统包括运算控制、运行参数实时显示、反馈执行三个子系统。运算控制子系统由PLC完成，实时监控子系统从布置在各测点的热电偶、水位计、压力传感器(监视压力参数，一旦锅筒内压力超过安全值，立即断电泄压)得到各项工作参数，PLC对得到的数据分析比较，确定需控制的参数，向执行子系统发出相应的执行指令，执行子系统由继电器、电磁开关、声光报警系统组成。监控系统的核心部分是运算控制子系统，采用触模式操作面板、LCD参数显示屏，通过实际运行，该系统工作良好，操作简单易学。3.3 外部电气设备 电热管组采用三角形联接，外部输入电压为380±10V，为保障锅炉稳定运行需配稳压器，电热管组采取分别配电的方式，可用配电柜配电，电气开关由计算机控制，为保证运行安全，配有漏电保护装置，接线要求绝缘性好，必须保持端部干燥、清洁，以免造成表面短路。4 不足之处 电锅炉虽有众多优点，但也存在着不足之处。 (1)用电经济性方面。在电价较高的地区采用电锅炉运行费用较高，最好在电价低收费时段运行，在电价较低的地区和环保要求较高的地区可以优先考虑电加热锅炉。 (2)附加外部设备投资较大。配备计算机监控系统、软水设备、给水泵、热水泵、电柜、稳压器等，初投资较大。 (3)对供电稳定性要求较高。电热锅炉不适合在经常断电的地区采用。5 发展前景 随着人们环保意识的增强以及对生活环境要求的不断提高，在人口密集地区，绿色环保锅炉已渐渐成为生活锅炉的发展趋势。同时随着发电成本不断降低、计算机监控系统更加完善、运行更加简单方便，电热锅炉在不久的将来将得到较广泛的推广应用。■参考文献：［1］陈力勋，曹子栋.锅炉本体布置及计算.西安交通大学出版社.［2］曹子栋.工业锅炉手册.西安交通大学出版社. |
| 上一篇：大型热风炉换热器共鸣现象的分析 | 下一篇：空调的冷凝热热回收技术 |