灰斗電加熱器的經濟選型及計算Econom ic Type Selecting and Calcula tion of Ash Hopp er Elec tric Hea ter

王明紅，李志軍

灰斗電加熱器的經濟選型及計算
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主要煙氣治理設備。灰斗作為積灰裝置，對這兩種設備的正常運行有著重要作用。而現實中，由于灰斗不正常積灰，往往會造成電收塵器極板極線短路，電場不能正常工作，袋除塵器局部風速過高使得濾袋過早破損，更嚴重者，由于過量積灰，導致設備坍塌。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、大塊物料壓力結拱等，其中有相當一部分是因灰斗表面冷凝水的凝結而導致粘料，粉塵聚積而堵塞。為了解決這一問題，工業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］。灰斗電加熱器是利用電加熱元件對灰斗壁進行加熱，使灰斗溫度保持在煙氣露點以上。電加熱器結構簡單、安裝方便、操作靈活且投資費用低，但是如果設計不當導致其電耗高，則運行費用也隨之升高。如何計算和選用電加熱器，筆者結合設計經驗，將電加熱器的選型計算討論如下，供同行參考。

1　根據不同應用場合的露點溫度，確定灰斗表面應保持的溫度

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

為了防止結露，灰斗表面溫度應高于煙氣露點，實踐中應高于露點10～20℃。

2　根據開機階段確定電加熱器功率

收塵器停機一段時間后，在重新啟動之前應對其灰斗進行預熱，根據系統要求來確定預熱時間，預熱時間越長，電加熱器的功率越低，若預熱1h，則此階段需要的功率計算如下：

C——碳鋼比熱容，480J/（kg·℃）

M——1m2鋼板（灰斗板厚度為5mm）及加強筋理論重量，M=65kg/m2

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

T——灰斗預熱時間，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部煙氣和外部環境的熱量，可近似按照正常運行時散熱量一半進行估算，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境散熱、通過與加熱鋼板部分連接的灰斗板導熱向內部煙氣散熱三部分。

（1）向外部環境散熱：

式中：

T——鋼板表面溫度，℃

Ta2——環境溫度，℃

δ——保溫層厚度，m

λ——保溫材料的導熱系數，W/m·℃

α2——保溫層表面換熱系數，W/m2·℃［3］（見表2）

表1　各種塵源氣體溫度、濕含量及露點

表2　保溫層表面換熱系數，W/m2·℃

以煤磨收塵器為例，灰斗板溫度為70℃，環境溫度為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　煙氣換熱結構示意圖

（2）對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——鋼板對煙氣的換熱系數，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于安裝有電加熱器需要加熱部分的影響按照半個等截面直肋進行計算［4］，其理論散熱量：

式中：

λ——碳鋼的導熱系數，48W/m·℃

A——單位寬度鋼板的斷面積，0.005m2

α——鋼板對煙氣的換熱系數，10W/m2·

℃U——1m

θ0——壁溫與煙氣溫度差，70-60=10，℃

th（m×L）——m×L參數的雙曲線正切函數，L為熱量所影響的鋼板高度。通過試算，L=0.7m時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為：

式中：

S——單個灰斗加熱總面積，m2

LS——單個灰斗被電加熱器加熱部分與非加熱部分界線總長度，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，設備正常運行期間需要的功率較小。為了節省能耗，電加熱器往往采用間斷式工作方式，即設備在高于煙氣露點溫度20℃時停止，低于露點溫度+10℃時開啟［5］。一般在一個灰斗緊貼灰斗壁安裝一個溫度傳感器，將溫度信號上傳控制柜，通過控制柜的程序設定實現控制灰斗四面的電加熱器的啟動及停止。另外，根據經驗，灰斗電加熱器大多布置在灰斗靠下1/3高度范圍，因此，可根據此要求計算需要加熱的灰斗面積，進而選擇電加熱器的數量。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，否則將會影響溫度信號，使鋼板的實際溫度難以測出，這在煤磨袋收塵器應用時尤其應當注意。

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氧化鎂，將繞制成螺旋形的發熱線芯放入金屬外套管中，再用灌裝氧化鎂粉和振搗同時進行的方式密實絕緣，最后進行微量縮徑成型。這種電熱管壽命較短，安裝較為復雜［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，其機械強度高、絕緣好、發熱均勻、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單（見圖3）。因此，一般在灰斗上安裝板式電加熱器。

6　結語

灰斗電加熱器的功率選型與系統加熱時間長短、設備所處外部環境、保溫及煙氣溫度露點等多個因素有關，準確地計算灰斗電加熱器，可避免因加熱功率不足而導致的灰斗積料或盲目采用大功率電加熱器情況的發生。電加熱器功率選型應根據不同系統要求和使用環境而定。

［1］馬果駿，等.灰斗電加熱器的設計與使用［J］.電力環境保護，1996，12（1）.

［2］謝曉東，等.談收塵器的結露［J］.新世紀水泥導報，2001，（5）.

［3］李景田，趙廷元.管道與設備保溫［M］.北京：中國建筑工業出版社，1982.

［4］章熙民，等.傳熱學（第二版）［M］.北京：中國建筑工業出版社.

［5］丁小衛.電除塵器灰斗電加熱器的運行分析［J］.節能技術，1999，（5）.

［6］任燮炎，施應峰.用礦物絕緣（MI）加熱電纜代替管狀電加熱器［C］.中國石油和化工自動化第八屆技術年會，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文獻標識碼：A

1001-6171（2015）05-0089-02

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