灰斗电加热器的经济选型及计算Econom ic Type Selecting and Calcula tion of Ash Hopp er Elec tric Hea ter

2015-09-01王明红李志军

水泥技术 2015年5期

王明红，李志军

灰斗电加热器的经济选型及计算
Econom ic Type Selecting and Calcula tion of Ash Hopp er Elec tric Hea ter

王明红，李志军

电收尘器和袋收尘器是水泥工业主要烟气治理设备。灰斗作为积灰装置，对这两种设备的正常运行有着重要作用。而现实中，由于灰斗不正常积灰，往往会造成电收尘器极板极线短路，电场不能正常工作，袋除尘器局部风速过高使得滤袋过早破损，更严重者，由于过量积灰，导致设备坍塌。因此，防止灰斗意外积灰尤为重要。

灰斗意外积灰的原因包括：积灰遇到冷凝水后的固化、大块物料压力结拱等，其中有相当一部分是因灰斗表面冷凝水的凝结而导致粘料，粉尘聚积而堵塞。为了解决这一问题，工业中通常采用蒸汽加热或电加热器以提高灰斗表面温度防止粉尘粘料［1］、［2］。灰斗电加热器是利用电加热元件对灰斗壁进行加热，使灰斗温度保持在烟气露点以上。电加热器结构简单、安装方便、操作灵活且投资费用低，但是如果设计不当导致其电耗高，则运行费用也随之升高。如何计算和选用电加热器，笔者结合设计经验，将电加热器的选型计算讨论如下，供同行参考。

1　根据不同应用场合的露点温度，确定灰斗表面应保持的温度

在水泥行业中，生料磨、烘干机、水泥磨及煤磨等中低温废气有着不同的烟气露点，一般根据烟气成分中H2O、SO2、SO3等确定，表1给出了大致的烟气露点。

为了防止结露，灰斗表面温度应高于烟气露点，实践中应高于露点10～20℃。

2　根据开机阶段确定电加热器功率

收尘器停机一段时间后，在重新启动之前应对其灰斗进行预热，根据系统要求来确定预热时间，预热时间越长，电加热器的功率越低，若预热1h，则此阶段需要的功率计算如下：

C——碳钢比热容，480J/（kg·℃）

M——1m2钢板（灰斗板厚度为5mm）及加强筋理论重量，M=65kg/m2

Δt——需要预热的温度差。以煤磨收尘器为例，灰斗表面温度维持为70℃，环境温度为10℃，则Δt=70℃-10℃=60℃

T——灰斗预热时间，s

Ps=480×65×60/3 600=520W

另外，由于钢板的壁温是变化的，因此，在加热期间灰斗钢板散热到内部烟气和外部环境的热量，可近似按照正常运行时散热量一半进行估算，即125/2=62.5W/m2。则电加热器的功率为：取整：0.6kW/m2

3　正常运行阶段电加热器功率分析

作为散热模型，灰斗壁可看成常温大平面散热，包括向烟气散热、通过保温层向外部环境散热、通过与加热钢板部分连接的灰斗板导热向内部烟气散热三部分。

（1）向外部环境散热：

式中：

T——钢板表面温度，℃

Ta2——环境温度，℃

δ——保温层厚度，m

λ——保温材料的导热系数，W/m·℃

α2——保温层表面换热系数，W/m2·℃［3］（见表2）

表1　各种尘源气体温度、湿含量及露点

表2　保温层表面换热系数，W/m2·℃

以煤磨收尘器为例，灰斗板温度为70℃，环境温度为10℃，用100mm的岩棉作为保温材料，则：

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

图1　烟气换热结构示意图

（2）对于烟气换热可看作烟气掠过平板换热［4］，见图1：

式中：

T——钢板表面温度，℃

Ta1——烟气温度，℃，煤磨收尘器一般为60～70℃，假定为60℃

α1——钢板对烟气的换热系数，10W/m2·℃

Q1=α1×（T-Ta1）=10×（70-60）=100W/m2

（3）灰斗板没有电加热器的钢板部分对于安装有电加热器需要加热部分的影响按照半个等截面直肋进行计算［4］，其理论散热量：

式中：

λ——碳钢的导热系数，48W/m·℃

A——单位宽度钢板的断面积，0.005m2

α——钢板对烟气的换热系数，10W/m2·

℃U——1m

θ0——壁温与烟气温度差，70-60=10，℃

th（m×L）——m×L参数的双曲线正切函数，L为热量所影响的钢板高度。通过试算，L=0.7m时该处的温度基本与烟气温度一致。

Q3=15W/m因此，单灰斗总加热功率应为：

式中：

S——单个灰斗加热总面积，m2

LS——单个灰斗被电加热器加热部分与非加热部分界线总长度，m

4　电加热器控制要求

由以上分析可知，电加热器的选型功率主要取决于加热阶段，设备正常运行期间需要的功率较小。为了节省能耗，电加热器往往采用间断式工作方式，即设备在高于烟气露点温度20℃时停止，低于露点温度+10℃时开启［5］。一般在一个灰斗紧贴灰斗壁安装一个温度传感器，将温度信号上传控制柜，通过控制柜的程序设定实现控制灰斗四面的电加热器的启动及停止。另外，根据经验，灰斗电加热器大多布置在灰斗靠下1/3高度范围，因此，可根据此要求计算需要加热的灰斗面积，进而选择电加热器的数量。另外，温度传感器的安装位置不得距离电加热器覆盖的钢板太远，否则将会影响温度信号，使钢板的实际温度难以测出，这在煤磨袋收尘器应用时尤其应当注意。

5　电加热器类型选择

目前用于收尘器灰斗的电加热器主要有管状电加热器和板式电加热器。管状电加热器采用铜镀镍、表面抗腐蚀管材及高等级氧化镁，将绕制成螺旋形的发热线芯放入金属外套管中，再用灌装氧化镁粉和振捣同时进行的方式密实绝缘，最后进行微量缩径成型。这种电热管寿命较短，安装较为复杂［6］（见图2）。板式电加热器采用镍铬丝、云母板、不锈钢板或镀锌板等材料加工而成，其机械强度高、绝缘好、发热均匀、热效率高。板式加热器外形可直接贴敷在钢板表面，故安装较管状加热器简单（见图3）。因此，一般在灰斗上安装板式电加热器。