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电阻及电极锅炉房设计要点及选型和优缺点对比

电锅炉房设计

电锅炉房因其不像燃气锅炉需要设置烟风系统,也不像燃煤、生物质等锅炉房需要设置燃料供应及烟风系统,更无须为满足当地对于锅炉排烟的环保要求,而建设除尘、脱硫、脱硝装置,其在设计、运维、控制等方面表现得更简单便捷,在热力工艺设计方面仅需考虑水系统即可。

下面仅就热力专业电锅炉房设计要点简单分析如下。

一、浸没式及喷射式电极锅炉房设计

电极锅炉按水流与电极的接触方式不同,分为浸没式和喷射式。因这两种电极锅炉其单台锅炉功率负载相同,在锅炉房设计选用锅炉时,更应详尽地考核其运行及设计中的差异,比选出技术更加成熟、运维更加简便安全的设备。将电极全部或部分浸没于电极工质中的电极式电加热锅炉为浸没式电极锅炉;将电极工质喷射在电极之间,利用电极介质连接电极从而形成电流回路的电极式电加热锅炉称为喷射式电极锅炉。

两种锅炉均是以水作为电阻进行供热的,以水作为导体,那么把水的电导率控制在某个特定的范围内是必要的。电导率太低,锅炉达不到额定出力;电导率太高,又会引起电流短路发生事故。但两者最大的不同之处在于与水接触的间隙不同,即锅炉对水的电导率要求不同。由于浸没式电极锅炉其电极棒浸没在水中,与水接触电阻小,电导率大,故这种锅炉需要控制导电率在合理范围内,否则,会造成电击穿事故。其炉水电导率需控制在≤200us/cm,故锅炉本体补水必须采用除盐水。而喷射式电极锅炉其与水接触间隙大,电导率小,其炉水电导率需控制在>2000us/cm,锅炉本体补水采用软化水即可满足要求。

浸没式电极锅炉房设计过程中,锅炉本体补水除了常规设置的软水器、补水箱、补水泵外,还需增设的设备有除盐装置,以降低给水中电解质的含量,且当循环水电导率达到200μs/cm时,锅炉本体内筒开启排污,以排出高电导率的炉水,将锅炉内筒炉水电导率降低到正常限制值以内。而喷射式电极锅炉因其锅炉本体所需电导率非常高,其补水采用软化水的同时还需增设加药泵用以补充电解质,才可满足炉水中电导率的要求。

除了补水方面的不同外,两锅炉在本体循环水量上也有所差别,现两锅炉均以电功率8MW(额定蒸发量为12t/h)为例,浸没式电极锅炉综合考虑锅水一次蒸发量及便于炉内水温度混合均匀,其本体循环水量为21.6m3/h,功率为5.5kW;而喷射式电极锅炉其要求电导率高,需增大炉水流速,避免炉内蒸发量不能有效带走,以防止电击穿事故发生,故锅炉本体循环水量为450m3/h,功率为30KW;锅炉本体循环泵需24h运行,日均单台锅炉本体循环泵耗电量差588kWh,喷射式电极锅炉就本体循环泵的运行费用就远远高于浸没式电极锅炉。末端供热循环系统与常规系统设置及设备选型方面无异,在此不做累述。

综上所述,两锅炉因结构形式上的不同,导致性能有一定差别。喷射式电极锅炉要求炉水的电导率高,容易产生拉电弧、蒸汽钠离子浓度高,喷射水流控制困难等弊端,而浸没式锅炉因运行电导率低,内部灭弧效果好、三相平衡度高、蒸汽品质好,且因喷射式锅炉在1983年瑞士核电站启动锅炉检修中发生氢气爆燃事故,更加直接地导致该类锅炉被欧洲禁止使用,目前只在美国和加拿大等地区有所使用,浸没式电极锅炉也因此逐步成为目前电锅炉的发展主流和应用趋势。

二、电阻锅炉的锅炉房设计

电阻式锅炉是通过电阻将电能转化为热能,再传递给水。水仅作为传热介质而不作为电阻,且供热介质为水,故电阻锅炉仅需按常规供热循环系统设置即可,不需额外设置辅助设备,在此不做累述。

三、电阻及电极锅炉优缺点对比

从可靠性及安全性角度,常规电阻锅炉属于国家标准产品,并且使用低压供电系统,安全性上要高于高压电极锅炉。

从加热性能上,两锅炉加热原理不同,各有优缺点。

从控制操作难易程度上,常规低压电阻锅炉采用配套常规元器件,控制方面较电极锅炉简单易操作。

从投资而言,电阻锅炉需电压配电设备,电极锅炉需增设辅助换热设备,两锅炉初投资差距不大,当所需供热容量大于10MW时,电极锅炉在初投资方面优势凸显。

从占地角度,由于电阻锅炉需配置变压器等低压设备,其占地面积较电极锅炉要增加很多。

从运维角度,电极锅炉辅助设备偏多,电阻锅炉电气设备偏多,均需要一定的运行维护量。

从负荷调节角度,电极锅炉在负荷范围内1%~100%范围内可调,负荷曲线平滑,负荷变化可以做到无极调节;电阻锅炉在负荷范围内20%~100%范围内可调,因其依靠电阻棒数量调节负荷变化,负荷曲线呈阶梯状。

从运维安全角度,电阻锅炉易缺水干烧,容易烧坏;电极锅炉缺水即电气系统断路停机,不会造成干烧事故,安全性更高。

从启动速度角度,电阻锅炉10~20min可达满负荷;电极锅炉在5分钟内即可由冷备达到满负荷运行。

综上,电阻锅炉及电极锅炉在性能及经济性上各有优缺点,选择适合设计项目所需锅炉设备,可以从项目的初投资、所选锅炉台数、单台锅炉容量、项目运行维护人员的技术能力等角度出发综合考量。

四、电极锅炉及电阻锅炉设备的选用

锅炉作为锅炉房供热系统中最核心的设备,在锅炉房设计前,需对选用不同的锅炉本体其性能要有充分的了解,才能合理配置辅助供热设备,设计出较为合理的供热系统。在锅炉设备选型过程中,需综合考虑其设备性能但更重要的是考虑其安全性。

从单台设备热功率出发,在单台锅炉功率负载在4MW以上时,经综合经济性分析,考虑选用电极锅炉;当单台锅炉功率负载在4MW以下时,考虑采用电阻锅炉作为锅炉房的热源,其原因在于从供热负荷调节角度,不建议锅炉本体长时间在低负荷区域工作,选用电阻锅炉更能贴合小范围供暖的热负荷;且从控制操作性能考虑,电阻锅炉属于常规控制要求,简单易学,普通司炉工即可满足运维要求,而电极锅炉大多国外引入,需专业或经严格培训后才可上岗的专业操作人员才可,小型区域供热热源较大型供热热源在运维人员的配置方面会有所偏弱,综上所述分析,小型区域供热热源选用电阻锅炉较电极锅炉优势更大。

五、总结

目前,电极锅炉在国内还属于新型设备,在市场上的普及率不是很高,但鉴于电锅炉具有占地面积小、启停速度快、控制精度高、运行维护方便、高效节能、绿色环保等优点,已成为行业内学者重点关注及研究对象,且对于电锅炉相关研究成果也是颇为丰富的,本文在此基础上对电锅炉的几种典型类型进行分析对比,以期为相关锅炉房设计的从业人士提供些许设计思路,锅炉的选择可根据具体项目进一步分析确定。

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