灰斗電加熱器的經(jīng)濟(jì)選型及計(jì)算Econom ic Type Selecting and Calcula tion of Ash Hopp er Elec tric Hea ter

王明紅，李志軍

灰斗電加熱器的經(jīng)濟(jì)選型及計(jì)算
Econom ic Type Selecting and Calcula tion of Ash Hopp er Elec tric Hea ter

王明紅，李志軍

電收塵器和袋收塵器是水泥工業(yè)主要煙氣治理設(shè)備?；叶纷鳛榉e灰裝置，對(duì)這兩種設(shè)備的正常運(yùn)行有著重要作用。而現(xiàn)實(shí)中，由于灰斗不正常積灰，往往會(huì)造成電收塵器極板極線短路，電場(chǎng)不能正常工作，袋除塵器局部風(fēng)速過高使得濾袋過早破損，更嚴(yán)重者，由于過量積灰，導(dǎo)致設(shè)備坍塌。因此，防止灰斗意外積灰尤為重要。

灰斗意外積灰的原因包括：積灰遇到冷凝水后的固化、大塊物料壓力結(jié)拱等，其中有相當(dāng)一部分是因灰斗表面冷凝水的凝結(jié)而導(dǎo)致粘料，粉塵聚積而堵塞。為了解決這一問題，工業(yè)中通常采用蒸汽加熱或電加熱器以提高灰斗表面溫度防止粉塵粘料［1］、［2］?；叶冯娂訜崞魇抢秒娂訜嵩?duì)灰斗壁進(jìn)行加熱，使灰斗溫度保持在煙氣露點(diǎn)以上。電加熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、操作靈活且投資費(fèi)用低，但是如果設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致其電耗高，則運(yùn)行費(fèi)用也隨之升高。如何計(jì)算和選用電加熱器，筆者結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將電加熱器的選型計(jì)算討論如下，供同行參考。

1　根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合的露點(diǎn)溫度，確定灰斗表面應(yīng)保持的溫度

在水泥行業(yè)中，生料磨、烘干機(jī)、水泥磨及煤磨等中低溫廢氣有著不同的煙氣露點(diǎn)，一般根據(jù)煙氣成分中H2O、SO2、SO3等確定，表1給出了大致的煙氣露點(diǎn)。

為了防止結(jié)露，灰斗表面溫度應(yīng)高于煙氣露點(diǎn)，實(shí)踐中應(yīng)高于露點(diǎn)10～20℃。

2　根據(jù)開機(jī)階段確定電加熱器功率

收塵器停機(jī)一段時(shí)間后，在重新啟動(dòng)之前應(yīng)對(duì)其灰斗進(jìn)行預(yù)熱，根據(jù)系統(tǒng)要求來(lái)確定預(yù)熱時(shí)間，預(yù)熱時(shí)間越長(zhǎng)，電加熱器的功率越低，若預(yù)熱1h，則此階段需要的功率計(jì)算如下：

C——碳鋼比熱容，480J/（kg·℃）

M——1m2鋼板（灰斗板厚度為5mm）及加強(qiáng)筋理論重量，M=65kg/m2

Δt——需要預(yù)熱的溫度差。以煤磨收塵器為例，灰斗表面溫度維持為70℃，環(huán)境溫度為10℃，則Δt=70℃-10℃=60℃

T——灰斗預(yù)熱時(shí)間，s

Ps=480×65×60/3 600=520W

另外，由于鋼板的壁溫是變化的，因此，在加熱期間灰斗鋼板散熱到內(nèi)部煙氣和外部環(huán)境的熱量，可近似按照正常運(yùn)行時(shí)散熱量一半進(jìn)行估算，即125/2=62.5W/m2。則電加熱器的功率為：取整：0.6kW/m2

3　正常運(yùn)行階段電加熱器功率分析

作為散熱模型，灰斗壁可看成常溫大平面散熱，包括向煙氣散熱、通過保溫層向外部環(huán)境散熱、通過與加熱鋼板部分連接的灰斗板導(dǎo)熱向內(nèi)部煙氣散熱三部分。

（1）向外部環(huán)境散熱：

式中：

T——鋼板表面溫度，℃

Ta2——環(huán)境溫度，℃

δ——保溫層厚度，m

λ——保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·℃

α2——保溫層表面換熱系數(shù)，W/m2·℃［3］（見表2）

表1　各種塵源氣體溫度、濕含量及露點(diǎn)

表2　保溫層表面換熱系數(shù)，W/m2·℃

以煤磨收塵器為例，灰斗板溫度為70℃，環(huán)境溫度為10℃，用100mm的巖棉作為保溫材料，則：

Q2=（70-10）/（0.1/0.044+1/23.2）=25.95W/m2

圖1　煙氣換熱結(jié)構(gòu)示意圖

（2）對(duì)于煙氣換熱可看作煙氣掠過平板換熱［4］，見圖1：

式中：

T——鋼板表面溫度，℃

Ta1——煙氣溫度，℃，煤磨收塵器一般為60～70℃，假定為60℃

α1——鋼板對(duì)煙氣的換熱系數(shù)，10W/m2·℃

Q1=α1×（T-Ta1）=10×（70-60）=100W/m2

（3）灰斗板沒有電加熱器的鋼板部分對(duì)于安裝有電加熱器需要加熱部分的影響按照半個(gè)等截面直肋進(jìn)行計(jì)算［4］，其理論散熱量：

式中：

λ——碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)，48W/m·℃

A——單位寬度鋼板的斷面積，0.005m2

α——鋼板對(duì)煙氣的換熱系數(shù)，10W/m2·

℃U——1m

θ0——壁溫與煙氣溫度差，70-60=10，℃

th（m×L）——m×L參數(shù)的雙曲線正切函數(shù)，L為熱量所影響的鋼板高度。通過試算，L=0.7m時(shí)該處的溫度基本與煙氣溫度一致。

Q3=15W/m因此，單灰斗總加熱功率應(yīng)為：

式中：

S——單個(gè)灰斗加熱總面積，m2

LS——單個(gè)灰斗被電加熱器加熱部分與非加熱部分界線總長(zhǎng)度，m

4　電加熱器控制要求

由以上分析可知，電加熱器的選型功率主要取決于加熱階段，設(shè)備正常運(yùn)行期間需要的功率較小。為了節(jié)省能耗，電加熱器往往采用間斷式工作方式，即設(shè)備在高于煙氣露點(diǎn)溫度20℃時(shí)停止，低于露點(diǎn)溫度+10℃時(shí)開啟［5］。一般在一個(gè)灰斗緊貼灰斗壁安裝一個(gè)溫度傳感器，將溫度信號(hào)上傳控制柜，通過控制柜的程序設(shè)定實(shí)現(xiàn)控制灰斗四面的電加熱器的啟動(dòng)及停止。另外，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，灰斗電加熱器大多布置在灰斗靠下1/3高度范圍，因此，可根據(jù)此要求計(jì)算需要加熱的灰斗面積，進(jìn)而選擇電加熱器的數(shù)量。另外，溫度傳感器的安裝位置不得距離電加熱器覆蓋的鋼板太遠(yuǎn)，否則將會(huì)影響溫度信號(hào)，使鋼板的實(shí)際溫度難以測(cè)出，這在煤磨袋收塵器應(yīng)用時(shí)尤其應(yīng)當(dāng)注意。

5　電加熱器類型選擇

目前用于收塵器灰斗的電加熱器主要有管狀電加熱器和板式電加熱器。管狀電加熱器采用銅鍍鎳、表面抗腐蝕管材及高等級(jí)氧化鎂，將繞制成螺旋形的發(fā)熱線芯放入金屬外套管中，再用灌裝氧化鎂粉和振搗同時(shí)進(jìn)行的方式密實(shí)絕緣，最后進(jìn)行微量縮徑成型。這種電熱管壽命較短，安裝較為復(fù)雜［6］（見圖2）。板式電加熱器采用鎳鉻絲、云母板、不銹鋼板或鍍鋅板等材料加工而成，其機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣好、發(fā)熱均勻、熱效率高。板式加熱器外形可直接貼敷在鋼板表面，故安裝較管狀加熱器簡(jiǎn)單（見圖3）。因此，一般在灰斗上安裝板式電加熱器。

6　結(jié)語(yǔ)

灰斗電加熱器的功率選型與系統(tǒng)加熱時(shí)間長(zhǎng)短、設(shè)備所處外部環(huán)境、保溫及煙氣溫度露點(diǎn)等多個(gè)因素有關(guān)，準(zhǔn)確地計(jì)算灰斗電加熱器，可避免因加熱功率不足而導(dǎo)致的灰斗積料或盲目采用大功率電加熱器情況的發(fā)生。電加熱器功率選型應(yīng)根據(jù)不同系統(tǒng)要求和使用環(huán)境而定。

［1］馬果駿，等.灰斗電加熱器的設(shè)計(jì)與使用［J］.電力環(huán)境保護(hù)，1996，12（1）.

［2］謝曉東，等.談收塵器的結(jié)露［J］.新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，2001，（5）.

［3］李景田，趙廷元.管道與設(shè)備保溫［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1982.

［4］章熙民，等.傳熱學(xué)（第二版）［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

［5］丁小衛(wèi).電除塵器灰斗電加熱器的運(yùn)行分析［J］.節(jié)能技術(shù)，1999，（5）.

［6］任燮炎，施應(yīng)峰.用礦物絕緣（MI）加熱電纜代替管狀電加熱器［C］.中國(guó)石油和化工自動(dòng)化第八屆技術(shù)年會(huì)，2009.

圖2　管狀電加熱器安裝示意圖

圖3　板式電加熱器安裝示意圖

TQ172.688.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1001-6171（2015）05-0089-02

通訊地址：中材裝備集團(tuán)有限公司，天津3004002014-12-28；編輯：孫娟