论文部分内容阅读
[摘要]高压电极锅炉因为采用高压电的特殊性，其内部装置对水质变化的反馈会相当敏感，没有良好的符合要求的水质对电极锅炉设备的寿命、运行稳定性及安全性都会产生很大的危害。而常规的工业锅炉采用的人工加药方式显然无法满足电极锅炉对水质的要求;故高压电极锅炉需要一套自动的、灵敏度极高的、反馈和执行均非常快的水处理控制系统，本文对电极锅炉发展历程、原理及发展方向和前景等方面进行阐述，以促进这一技术的不断进步
[关键词]高压电极锅炉;发展历程;应用现状;
1高压电极锅炉的发展历程
如图1所示，每个压力容器装有一个电极，电压等级限制在2000V以下，并且容器直接接地。电极悬浮在顶盖上，直接插入具有一定导电性的炉水，炉水迅速加热产生蒸汽。但缺点同样明显：通电锅炉是与外界直接接触，安全系数较低;由于电压在2000V以下，产汽效率与传统锅炉相比并无优势，因此在当时并未普及。二十世纪二十年代，ZETA首次发明了浸没式高压电极锅炉，同时大大提高了控制精度，改进后的设计容许接入电压为6～25kV，称为高电压电极锅炉，如图2所示。与之前相比，它采用了内外筒的结构设计，内筒中插入电极产生蒸汽，锅炉外筒水流不断地给内筒补水。锅炉正常运行或者处于热备用状态时，必须保持管内、管外总水量恒定，因此，有必要通过供水泵对外锅炉管进行补充除氧水。二战后，随着世界经济的复苏和快速发展，能源需求日益显著。欧美国家已开始大规模建设各种类型的发电厂。
2高压电极锅炉原理
2.1高压电极锅炉的产汽流程
浸没式电极蒸汽锅炉的运行主要利用电极直接加热带有一定电导率的炉水的方式，锅炉内筒的水作为电阻，在电流的作用下迅速加热，聚集一定热量后，就产生了高质量的蒸汽。锅炉内循环泵将外筒水流打入内筒，不断地给内筒补水。锅炉正常运行或在热备用状态时，需要将保持内外筒总水量维持恒定，所以需要通过给水泵向锅炉外筒补给除氧水。
2.2高压电极锅炉的产汽原理
浸没式电极锅炉的内筒分成相同的三部分，中心点即为内筒的中心;在内筒的中心，3个分区以120°的角度均分相交，同时通过内筒底部连通，电极锅炉的内筒结构如图1所示
在浸没式电极锅炉的内筒四周，电场分布如图2所示，具有如下的特点： （1）增加了电流的导通体积。（2）三相导电的两极为电极表面端与内筒端，面积都比较大，而且电极两极几乎周长相等。所以，形成了均匀的电强度，确保电极锅炉的安全性;（3）在三相电极所围成的区域之内，电场的强度幾乎为0;（4）在内筒的底部，溶液的离子在内筒内壁和各电极之间电压的作用下，会形成一个如图2所示的均匀电磁场，在电磁场的作用下，溶液中的离子做上下运动，形成电流，加速了水分子的汽化;（5）在内筒的底部，在各电极之间电场的作用下，在3个电极之间形成一个电磁场，随着三相电流的相差，溶液中的导电离子形成复杂的漩涡，增强了液体流动，加速了水的蒸发，也起到了减少内筒底结垢的作用。
3高压电极锅炉炉内水质处理分析
3.1炉水的理化过程
电极锅炉的内筒中的三相的电极元件浸没在水中，三相电极带电后，会直接加热具有低电导率的锅炉水，锅炉的水作为电阻，在电流的作用下迅速加热，聚集一定热量后，就产生了高质量的蒸汽。而锅炉水在剧烈沸腾或流动时，通过对内壁和外壁的冲刷，会破坏炉水中杂质的状态，并在局部形成晶体;然后阴离子和阳离子会聚集在一起，使微小颗粒逐渐长大为大颗粒，最后形成粗大的晶体或无定形的絮体;这是锅炉水中沉积物形成的一个重要原因。锅炉运行过程中，水受热时不断形成蒸汽，而含盐杂质极易滞留在锅炉内壁上，形成极薄的沉淀层。在连续加热的条件下，电极锅炉不断进行着水的蒸发、蒸汽的产生和少量盐和残渣的沉积的重复过程，而随着盐的沉积，也发生了一些可溶性盐的再溶解现象，最终使那些不溶性的盐附着在锅炉的内壁上。
3.2炉水加药处理
如上所述，炉内加药处理的目的，主要是使随锅炉给水进入炉内的结构杂质，与所加的药剂反应，生成为呈分散状的悬浮颗粒，通过锅炉排污而排出炉外，而不会沉积在锅炉筒壁上，以达到锅炉防垢的目的。而为了不结垢、结渣，可采用下述一些方法：（1）为结渣创造条件。当锅炉水的PH值控制在10～12时，碳酸钙在碱性成分的分散作用下沉淀，而在锅炉水中悬浮形成水渣;（2）为锅炉创造清洁的环境，尽量减少水垢的形成的环境外因。例如，安装的锅炉需要进行锅炉内部煮炉处理，对锅炉表面进行清洗;对于长期停运的锅炉首先做好防腐措施，且在下一次运行之前进行规范的化学清洗;（3）控制结垢的平衡，使易结垢的离子在炉水中向结渣方向发展，便于排出。这通常可以通过用磷酸盐或纯碱来实现;（4）加大水流量，创造有利于水循环的条件，以破坏水渣的沉积过程。
4电极锅炉发展前景
目前，国内常见的锅炉分别为燃气锅炉、燃煤锅炉以及燃油锅炉，下表1将从不同因素与电极锅炉进行对比。
在上述的因素比较中，可以发现：一是从环保的角度来看，燃气锅炉、电锅炉是首选;二是从配套要求来看，燃气锅炉和电锅炉节约了大量的人力、物力和空间，是首选;三是从政府政策的影响来看，近年来政府大力提倡和支持天然气的推广和使用，但由于节能、减排、粉尘污染、炉渣处理、以及其他问题限制燃煤锅炉的应用;由于高碳排放、二氧化硫等酸性气体排放，不提倡推广燃油锅炉，为了促进电锅炉的发展和应用，实行峰谷电价政策，降低夜间电价。因此，就目前的形势来看，电极锅炉的前景十分乐观，它将进一步推动我国核电事业的发展以及供暖技术的进步。
结束语
目前，电极锅炉仍是我国新型的环保设备。随着我国核电厂和供热技术的发展，电极锅炉将在我国迅速大规模应用。希望国内相关厂商引进和吸收国外先进技术，填补高压电极锅炉研究的空白。进一步提高国内核电电极锅炉产业的国产化，同时推动电极锅炉在大面积供暖的普及应用。
参考文献
[1]陈卫波，汪喆.高压电极锅炉电极材料耐久性试验研究[J].山东工业技术，2019
[2]叶元华，陈志高，陈超，陈卫波，臧祥生.高压电极锅炉水处理系统的研究[J].电子世界，2019
[关键词]高压电极锅炉;发展历程;应用现状;
1高压电极锅炉的发展历程
如图1所示，每个压力容器装有一个电极，电压等级限制在2000V以下，并且容器直接接地。电极悬浮在顶盖上，直接插入具有一定导电性的炉水，炉水迅速加热产生蒸汽。但缺点同样明显：通电锅炉是与外界直接接触，安全系数较低;由于电压在2000V以下，产汽效率与传统锅炉相比并无优势，因此在当时并未普及。二十世纪二十年代，ZETA首次发明了浸没式高压电极锅炉，同时大大提高了控制精度，改进后的设计容许接入电压为6～25kV，称为高电压电极锅炉，如图2所示。与之前相比，它采用了内外筒的结构设计，内筒中插入电极产生蒸汽，锅炉外筒水流不断地给内筒补水。锅炉正常运行或者处于热备用状态时，必须保持管内、管外总水量恒定，因此，有必要通过供水泵对外锅炉管进行补充除氧水。二战后，随着世界经济的复苏和快速发展，能源需求日益显著。欧美国家已开始大规模建设各种类型的发电厂。
2高压电极锅炉原理
2.1高压电极锅炉的产汽流程
浸没式电极蒸汽锅炉的运行主要利用电极直接加热带有一定电导率的炉水的方式，锅炉内筒的水作为电阻，在电流的作用下迅速加热，聚集一定热量后，就产生了高质量的蒸汽。锅炉内循环泵将外筒水流打入内筒，不断地给内筒补水。锅炉正常运行或在热备用状态时，需要将保持内外筒总水量维持恒定，所以需要通过给水泵向锅炉外筒补给除氧水。
2.2高压电极锅炉的产汽原理
浸没式电极锅炉的内筒分成相同的三部分，中心点即为内筒的中心;在内筒的中心，3个分区以120°的角度均分相交，同时通过内筒底部连通，电极锅炉的内筒结构如图1所示
在浸没式电极锅炉的内筒四周，电场分布如图2所示，具有如下的特点： （1）增加了电流的导通体积。（2）三相导电的两极为电极表面端与内筒端，面积都比较大，而且电极两极几乎周长相等。所以，形成了均匀的电强度，确保电极锅炉的安全性;（3）在三相电极所围成的区域之内，电场的强度幾乎为0;（4）在内筒的底部，溶液的离子在内筒内壁和各电极之间电压的作用下，会形成一个如图2所示的均匀电磁场，在电磁场的作用下，溶液中的离子做上下运动，形成电流，加速了水分子的汽化;（5）在内筒的底部，在各电极之间电场的作用下，在3个电极之间形成一个电磁场，随着三相电流的相差，溶液中的导电离子形成复杂的漩涡，增强了液体流动，加速了水的蒸发，也起到了减少内筒底结垢的作用。
3高压电极锅炉炉内水质处理分析
3.1炉水的理化过程
电极锅炉的内筒中的三相的电极元件浸没在水中，三相电极带电后，会直接加热具有低电导率的锅炉水，锅炉的水作为电阻，在电流的作用下迅速加热，聚集一定热量后，就产生了高质量的蒸汽。而锅炉水在剧烈沸腾或流动时，通过对内壁和外壁的冲刷，会破坏炉水中杂质的状态，并在局部形成晶体;然后阴离子和阳离子会聚集在一起，使微小颗粒逐渐长大为大颗粒，最后形成粗大的晶体或无定形的絮体;这是锅炉水中沉积物形成的一个重要原因。锅炉运行过程中，水受热时不断形成蒸汽，而含盐杂质极易滞留在锅炉内壁上，形成极薄的沉淀层。在连续加热的条件下，电极锅炉不断进行着水的蒸发、蒸汽的产生和少量盐和残渣的沉积的重复过程，而随着盐的沉积，也发生了一些可溶性盐的再溶解现象，最终使那些不溶性的盐附着在锅炉的内壁上。
3.2炉水加药处理
如上所述，炉内加药处理的目的，主要是使随锅炉给水进入炉内的结构杂质，与所加的药剂反应，生成为呈分散状的悬浮颗粒，通过锅炉排污而排出炉外，而不会沉积在锅炉筒壁上，以达到锅炉防垢的目的。而为了不结垢、结渣，可采用下述一些方法：（1）为结渣创造条件。当锅炉水的PH值控制在10～12时，碳酸钙在碱性成分的分散作用下沉淀，而在锅炉水中悬浮形成水渣;（2）为锅炉创造清洁的环境，尽量减少水垢的形成的环境外因。例如，安装的锅炉需要进行锅炉内部煮炉处理，对锅炉表面进行清洗;对于长期停运的锅炉首先做好防腐措施，且在下一次运行之前进行规范的化学清洗;（3）控制结垢的平衡，使易结垢的离子在炉水中向结渣方向发展，便于排出。这通常可以通过用磷酸盐或纯碱来实现;（4）加大水流量，创造有利于水循环的条件，以破坏水渣的沉积过程。
4电极锅炉发展前景
目前，国内常见的锅炉分别为燃气锅炉、燃煤锅炉以及燃油锅炉，下表1将从不同因素与电极锅炉进行对比。
在上述的因素比较中，可以发现：一是从环保的角度来看，燃气锅炉、电锅炉是首选;二是从配套要求来看，燃气锅炉和电锅炉节约了大量的人力、物力和空间，是首选;三是从政府政策的影响来看，近年来政府大力提倡和支持天然气的推广和使用，但由于节能、减排、粉尘污染、炉渣处理、以及其他问题限制燃煤锅炉的应用;由于高碳排放、二氧化硫等酸性气体排放，不提倡推广燃油锅炉，为了促进电锅炉的发展和应用，实行峰谷电价政策，降低夜间电价。因此，就目前的形势来看，电极锅炉的前景十分乐观，它将进一步推动我国核电事业的发展以及供暖技术的进步。
结束语
目前，电极锅炉仍是我国新型的环保设备。随着我国核电厂和供热技术的发展，电极锅炉将在我国迅速大规模应用。希望国内相关厂商引进和吸收国外先进技术，填补高压电极锅炉研究的空白。进一步提高国内核电电极锅炉产业的国产化，同时推动电极锅炉在大面积供暖的普及应用。
参考文献
[1]陈卫波，汪喆.高压电极锅炉电极材料耐久性试验研究[J].山东工业技术，2019
[2]叶元华，陈志高，陈超，陈卫波，臧祥生.高压电极锅炉水处理系统的研究[J].电子世界，2019