高壓電極鍋爐技術研究發展綜述

張寒 李衛娟

[摘要]高壓電極鍋爐因為采用高壓電的特殊性，其內部裝置對水質變化的反饋會相當敏感，沒有良好的符合要求的水質對電極鍋爐設備的壽命、運行穩定性及安全性都會產生很大的危害。而常規的工業鍋爐采用的人工加藥方式顯然無法滿足電極鍋爐對水質的要求;故高壓電極鍋爐需要一套自動的、靈敏度極高的、反饋和執行均非常快的水處理控制系統，本文對電極鍋爐發展歷程、原理及發展方向和前景等方面進行闡述，以促進這一技術的不斷進步

[關鍵詞]高壓電極鍋爐;發展歷程;應用現狀;

1高壓電極鍋爐的發展歷程

如圖1所示，每個壓力容器裝有一個電極，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電性的爐水，爐水迅速加熱產生蒸汽。但缺點同樣明顯：通電鍋爐是與外界直接接觸，安全系數較低;由于電壓在2000V以下，產汽效率與傳統鍋爐相比并無優勢，因此在當時并未普及。二十世紀二十年代，ZETA首次發明了浸沒式高壓電極鍋爐，同時大大提高了控制精度，改進后的設計容許接入電壓為6～25kV，稱為高電壓電極鍋爐，如圖2所示。與之前相比，它采用了內外筒的結構設計，內筒中插入電極產生蒸汽，鍋爐外筒水流不斷地給內筒補水。鍋爐正常運行或者處于熱備用狀態時，必須保持管內、管外總水量恒定，因此，有必要通過供水泵對外鍋爐管進行補充除氧水。二戰后，隨著世界經濟的復蘇和快速發展，能源需求日益顯著。歐美國家已開始大規模建設各種類型的發電廠。

2高壓電極鍋爐原理

2.1高壓電極鍋爐的產汽流程

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

2.2高壓電極鍋爐的產汽原理

浸沒式電極鍋爐的內筒分成相同的三部分，中心點即為內筒的中心;在內筒的中心，3個分區以120°的角度均分相交，同時通過內筒底部連通，電極鍋爐的內筒結構如圖1所示

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

3高壓電極鍋爐爐內水質處理分析

3.1爐水的理化過程

電極鍋爐的內筒中的三相的電極元件浸沒在水中，三相電極帶電后，會直接加熱具有低電導率的鍋爐水，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，就產生了高質量的蒸汽。而鍋爐水在劇烈沸騰或流動時，通過對內壁和外壁的沖刷，會破壞爐水中雜質的狀態，并在局部形成晶體;然后陰離子和陽離子會聚集在一起，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重要原因。鍋爐運行過程中，水受熱時不斷形成蒸汽，而含鹽雜質極易滯留在鍋爐內壁上，形成極薄的沉淀層。在連續加熱的條件下，電極鍋爐不斷進行著水的蒸發、蒸汽的產生和少量鹽和殘渣的沉積的重復過程，而隨著鹽的沉積，也發生了一些可溶性鹽的再溶解現象，最終使那些不溶性的鹽附著在鍋爐的內壁上。

3.2爐水加藥處理

如上所述，爐內加藥處理的目的，主要是使隨鍋爐給水進入爐內的結構雜質，與所加的藥劑反應，生成為呈分散狀的懸浮顆粒，通過鍋爐排污而排出爐外，而不會沉積在鍋爐筒壁上，以達到鍋爐防垢的目的。而為了不結垢、結渣，可采用下述一些方法：（1）為結渣創造條件。當鍋爐水的PH值控制在10～12時，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）為鍋爐創造清潔的環境，盡量減少水垢的形成的環境外因。例如，安裝的鍋爐需要進行鍋爐內部煮爐處理，對鍋爐表面進行清洗;對于長期停運的鍋爐首先做好防腐措施，且在下一次運行之前進行規范的化學清洗;（3）控制結垢的平衡，使易結垢的離子在爐水中向結渣方向發展，便于排出。這通常可以通過用磷酸鹽或純堿來實現;（4）加大水流量，創造有利于水循環的條件，以破壞水渣的沉積過程。

4電極鍋爐發展前景

目前，國內常見的鍋爐分別為燃氣鍋爐、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行對比。

在上述的因素比較中，可以發現：一是從環保的角度來看，燃氣鍋爐、電鍋爐是首選;二是從配套要求來看，燃氣鍋爐和電鍋爐節約了大量的人力、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，為了促進電鍋爐的發展和應用，實行峰谷電價政策，降低夜間電價。因此，就目前的形勢來看，電極鍋爐的前景十分樂觀，它將進一步推動我國核電事業的發展以及供暖技術的進步。

結束語

目前，電極鍋爐仍是我國新型的環保設備。隨著我國核電廠和供熱技術的發展，電極鍋爐將在我國迅速大規模應用。希望國內相關廠商引進和吸收國外先進技術，填補高壓電極鍋爐研究的空白。進一步提高國內核電電極鍋爐產業的國產化，同時推動電極鍋爐在大面積供暖的普及應用。

參考文獻

[1]陳衛波，汪喆.高壓電極鍋爐電極材料耐久性試驗研究[J].山東工業技術，2019

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