高壓電極鍋爐技術(shù)研究發(fā)展綜述

張寒 李衛(wèi)娟

[摘要]高壓電極鍋爐因?yàn)椴捎酶邏弘姷奶厥庑裕鋬?nèi)部裝置對水質(zhì)變化的反饋會(huì)相當(dāng)敏感，沒有良好的符合要求的水質(zhì)對電極鍋爐設(shè)備的壽命、運(yùn)行穩(wěn)定性及安全性都會(huì)產(chǎn)生很大的危害。而常規(guī)的工業(yè)鍋爐采用的人工加藥方式顯然無法滿足電極鍋爐對水質(zhì)的要求;故高壓電極鍋爐需要一套自動(dòng)的、靈敏度極高的、反饋和執(zhí)行均非常快的水處理控制系統(tǒng)，本文對電極鍋爐發(fā)展歷程、原理及發(fā)展方向和前景等方面進(jìn)行闡述，以促進(jìn)這一技術(shù)的不斷進(jìn)步

[關(guān)鍵詞]高壓電極鍋爐;發(fā)展歷程;應(yīng)用現(xiàn)狀;

1高壓電極鍋爐的發(fā)展歷程

如圖1所示，每個(gè)壓力容器裝有一個(gè)電極，電壓等級限制在2000V以下，并且容器直接接地。電極懸浮在頂蓋上，直接插入具有一定導(dǎo)電性的爐水，爐水迅速加熱產(chǎn)生蒸汽。但缺點(diǎn)同樣明顯：通電鍋爐是與外界直接接觸，安全系數(shù)較低;由于電壓在2000V以下，產(chǎn)汽效率與傳統(tǒng)鍋爐相比并無優(yōu)勢，因此在當(dāng)時(shí)并未普及。二十世紀(jì)二十年代，ZETA首次發(fā)明了浸沒式高壓電極鍋爐，同時(shí)大大提高了控制精度，改進(jìn)后的設(shè)計(jì)容許接入電壓為6～25kV，稱為高電壓電極鍋爐，如圖2所示。與之前相比，它采用了內(nèi)外筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)筒中插入電極產(chǎn)生蒸汽，鍋爐外筒水流不斷地給內(nèi)筒補(bǔ)水。鍋爐正常運(yùn)行或者處于熱備用狀態(tài)時(shí)，必須保持管內(nèi)、管外總水量恒定，因此，有必要通過供水泵對外鍋爐管進(jìn)行補(bǔ)充除氧水。二戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和快速發(fā)展，能源需求日益顯著。歐美國家已開始大規(guī)模建設(shè)各種類型的發(fā)電廠。

2高壓電極鍋爐原理

2.1高壓電極鍋爐的產(chǎn)汽流程

浸沒式電極蒸汽鍋爐的運(yùn)行主要利用電極直接加熱帶有一定電導(dǎo)率的爐水的方式，鍋爐內(nèi)筒的水作為電阻，在電流的作用下迅速加熱，聚集一定熱量后，就產(chǎn)生了高質(zhì)量的蒸汽。鍋爐內(nèi)循環(huán)泵將外筒水流打入內(nèi)筒，不斷地給內(nèi)筒補(bǔ)水。鍋爐正常運(yùn)行或在熱備用狀態(tài)時(shí)，需要將保持內(nèi)外筒總水量維持恒定，所以需要通過給水泵向鍋爐外筒補(bǔ)給除氧水。

2.2高壓電極鍋爐的產(chǎn)汽原理

浸沒式電極鍋爐的內(nèi)筒分成相同的三部分，中心點(diǎn)即為內(nèi)筒的中心;在內(nèi)筒的中心，3個(gè)分區(qū)以120°的角度均分相交，同時(shí)通過內(nèi)筒底部連通，電極鍋爐的內(nèi)筒結(jié)構(gòu)如圖1所示

在浸沒式電極鍋爐的內(nèi)筒四周，電場分布如圖2所示，具有如下的特點(diǎn)：（1）增加了電流的導(dǎo)通體積。（2）三相導(dǎo)電的兩極為電極表面端與內(nèi)筒端，面積都比較大，而且電極兩極幾乎周長相等。所以，形成了均勻的電強(qiáng)度，確保電極鍋爐的安全性;（3）在三相電極所圍成的區(qū)域之內(nèi)，電場的強(qiáng)度幾乎為0;（4）在內(nèi)筒的底部，溶液的離子在內(nèi)筒內(nèi)壁和各電極之間電壓的作用下，會(huì)形成一個(gè)如圖2所示的均勻電磁場，在電磁場的作用下，溶液中的離子做上下運(yùn)動(dòng)，形成電流，加速了水分子的汽化;（5）在內(nèi)筒的底部，在各電極之間電場的作用下，在3個(gè)電極之間形成一個(gè)電磁場，隨著三相電流的相差，溶液中的導(dǎo)電離子形成復(fù)雜的漩渦，增強(qiáng)了液體流動(dòng)，加速了水的蒸發(fā)，也起到了減少內(nèi)筒底結(jié)垢的作用。

3高壓電極鍋爐爐內(nèi)水質(zhì)處理分析

3.1爐水的理化過程

電極鍋爐的內(nèi)筒中的三相的電極元件浸沒在水中，三相電極帶電后，會(huì)直接加熱具有低電導(dǎo)率的鍋爐水，鍋爐的水作為電阻，在電流的作用下迅速加熱，聚集一定熱量后，就產(chǎn)生了高質(zhì)量的蒸汽。而鍋爐水在劇烈沸騰或流動(dòng)時(shí)，通過對內(nèi)壁和外壁的沖刷，會(huì)破壞爐水中雜質(zhì)的狀態(tài)，并在局部形成晶體;然后陰離子和陽離子會(huì)聚集在一起，使微小顆粒逐漸長大為大顆粒，最后形成粗大的晶體或無定形的絮體;這是鍋爐水中沉積物形成的一個(gè)重要原因。鍋爐運(yùn)行過程中，水受熱時(shí)不斷形成蒸汽，而含鹽雜質(zhì)極易滯留在鍋爐內(nèi)壁上，形成極薄的沉淀層。在連續(xù)加熱的條件下，電極鍋爐不斷進(jìn)行著水的蒸發(fā)、蒸汽的產(chǎn)生和少量鹽和殘?jiān)某练e的重復(fù)過程，而隨著鹽的沉積，也發(fā)生了一些可溶性鹽的再溶解現(xiàn)象，最終使那些不溶性的鹽附著在鍋爐的內(nèi)壁上。

3.2爐水加藥處理

如上所述，爐內(nèi)加藥處理的目的，主要是使隨鍋爐給水進(jìn)入爐內(nèi)的結(jié)構(gòu)雜質(zhì)，與所加的藥劑反應(yīng)，生成為呈分散狀的懸浮顆粒，通過鍋爐排污而排出爐外，而不會(huì)沉積在鍋爐筒壁上，以達(dá)到鍋爐防垢的目的。而為了不結(jié)垢、結(jié)渣，可采用下述一些方法：（1）為結(jié)渣創(chuàng)造條件。當(dāng)鍋爐水的PH值控制在10～12時(shí)，碳酸鈣在堿性成分的分散作用下沉淀，而在鍋爐水中懸浮形成水渣;（2）為鍋爐創(chuàng)造清潔的環(huán)境，盡量減少水垢的形成的環(huán)境外因。例如，安裝的鍋爐需要進(jìn)行鍋爐內(nèi)部煮爐處理，對鍋爐表面進(jìn)行清洗;對于長期停運(yùn)的鍋爐首先做好防腐措施，且在下一次運(yùn)行之前進(jìn)行規(guī)范的化學(xué)清洗;（3）控制結(jié)垢的平衡，使易結(jié)垢的離子在爐水中向結(jié)渣方向發(fā)展，便于排出。這通常可以通過用磷酸鹽或純堿來實(shí)現(xiàn);（4）加大水流量，創(chuàng)造有利于水循環(huán)的條件，以破壞水渣的沉積過程。

4電極鍋爐發(fā)展前景

目前，國內(nèi)常見的鍋爐分別為燃?xì)忮仩t、燃煤鍋爐以及燃油鍋爐，下表1將從不同因素與電極鍋爐進(jìn)行對比。

在上述的因素比較中，可以發(fā)現(xiàn)：一是從環(huán)保的角度來看，燃?xì)忮仩t、電鍋爐是首選;二是從配套要求來看，燃?xì)忮仩t和電鍋爐節(jié)約了大量的人力、物力和空間，是首選;三是從政府政策的影響來看，近年來政府大力提倡和支持天然氣的推廣和使用，但由于節(jié)能、減排、粉塵污染、爐渣處理、以及其他問題限制燃煤鍋爐的應(yīng)用;由于高碳排放、二氧化硫等酸性氣體排放，不提倡推廣燃油鍋爐，為了促進(jìn)電鍋爐的發(fā)展和應(yīng)用，實(shí)行峰谷電價(jià)政策，降低夜間電價(jià)。因此，就目前的形勢來看，電極鍋爐的前景十分樂觀，它將進(jìn)一步推動(dòng)我國核電事業(yè)的發(fā)展以及供暖技術(shù)的進(jìn)步。

結(jié)束語

目前，電極鍋爐仍是我國新型的環(huán)保設(shè)備。隨著我國核電廠和供熱技術(shù)的發(fā)展，電極鍋爐將在我國迅速大規(guī)模應(yīng)用。希望國內(nèi)相關(guān)廠商引進(jìn)和吸收國外先進(jìn)技術(shù)，填補(bǔ)高壓電極鍋爐研究的空白。進(jìn)一步提高國內(nèi)核電電極鍋爐產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化，同時(shí)推動(dòng)電極鍋爐在大面積供暖的普及應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]陳衛(wèi)波，汪喆.高壓電極鍋爐電極材料耐久性試驗(yàn)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019

[2]葉元華，陳志高，陳超，陳衛(wèi)波，臧祥生.高壓電極鍋爐水處理系統(tǒng)的研究[J].電子世界，2019