電鍋爐房的電氣設(shè)計

1、電鍋爐房的電氣設(shè)計 日期：2005-05-17      作者：解克勤一 概述電鍋爐是一種高效、節(jié)能、安全可靠、減少環(huán)境污染的新型電加熱設(shè)備。利用它可以將電網(wǎng)夜間低谷電力用于加熱水并保溫儲存，供白天使用或供熱。對于充分利用電網(wǎng)低谷電力，增加電力有效供給，提高電網(wǎng)的負荷率是一種非常有效的手段。電鍋爐突出優(yōu)點如下：1電鍋爐全套設(shè)備占地面積小，不需煙囪、燃料渣堆放場所。產(chǎn)品成套組裝出廠， 在現(xiàn)場只需接上電源，水管，即可投入運行，可大大節(jié)省基建投資及安裝費用。2熱效率高，輸送方便，損失很小。電鍋爐運行熱效率在95%以上。啟停調(diào)節(jié)方便，比煤鍋爐、油鍋爐更能節(jié)約能源

2、 。電熱鍋爐與其它鍋爐運行費用比較見表1。幾種鍋爐運行費用比較表表1項目名稱煤鍋爐油鍋爐氣鍋爐電熱鍋爐直熱式蓄熱式熱功率0.7MW6× Kcal/h0.7MW6×Kcal/h0.7MW6×Kcal/h0.7MW0.7MW燃料性質(zhì)煤輕油重油天然氣煤氣電電燃料發(fā)熱值5×Kcal/Kg9×Kcal/Kg 8.5×Kcal/ Kg 860Kcal/KWh 860Kcal/KWh鍋爐熱效率50% 70% 70% 95% 95% 燃料耗量240Kg/h 95Kg/h100 / h734KW/h 734KW/h燃料價格0.25元/Kg2.5元/Kg

3、4.2元/Kg1.73元/0.3元/KWh 0.18元/KWh每天能耗600元2375元3990元1700元2340元1321元采曖季能耗費用7.2萬元28.5萬元47.8萬元20.4萬元28.19萬元15.85萬元采曖季每平方米能耗費用7.2元28.5元47.88元20.4元28.19元15.85元其它費用排污、清灰、除渣、維修、工人工資排污、清灰、除塵儲油、維修、工人工資排污、清灰、儲氣、維修、工人工資每三到五年更換一次加熱管注：供曖面積以，采曖以每天小時計算，采曖季為個月。因各地區(qū)電價參數(shù)不同，此表數(shù)據(jù)僅供參考。3自動化程度高、運行安全可靠一般電鍋爐都采用自動控制，快速平穩(wěn)地控制電加熱管

4、組的循環(huán)投切。并且具有漏電保護、短路保護、過電流保護、過電壓保護、壓力超限保護、水位過低保護等多項保護功能。產(chǎn)品實現(xiàn)了機電一體化，不需專職鍋爐運行工、節(jié)省費用，避免了人為因素的影響而發(fā)生事故。4保護環(huán)境、造福大眾電鍋爐不會排出如二氧化硫、二氧化碳等有害氣體，無黑煙、灰塵，沒有廢物需要處理，無噪聲、無污染，從環(huán)境保護角度來看，最為優(yōu)越。5適用范圍廣電鍋爐產(chǎn)品規(guī)格品種多，可滿足各種用途、各種環(huán)境和各種條件下的需要。還可根據(jù)用戶的特殊要求進行加工訂貨。二 電鍋爐房的主要設(shè)備電鍋爐房的主要設(shè)備有:電鍋爐本體，電鍋爐電控柜，蓄熱水箱、蓄熱水泵、循環(huán)水泵、補水泵及其控制箱，軟水器等。電鍋爐本體主要由鋼制殼

5、體、電加熱管、進出水管及檢測儀表等組成。電鍋爐的加熱方式有電磁感應(yīng)加熱方式和電阻加熱方式兩種。由于電磁感應(yīng)加熱方式為間接加熱，因而熱效率較低，約為96。而電阻加熱方式熱效率高，可達98。電阻加熱方式即采用電阻式管狀電熱元件加熱，在結(jié)構(gòu)上易于疊加組合，控制靈活，更換方便。目前電鍋爐基本上都采用電阻式管狀電熱元件加熱。采用電阻式管狀電熱元件加熱方式,其電氣特點是鍋爐中的水不帶電。但當(dāng)電熱元件漏水或爆裂時,也會使鍋爐中的水帶電,即稱之為漏電。另外,受電熱元件絕緣導(dǎo)熱層的絕緣程度的影響,電熱管也存在著一定的漏電電流。按照國家標準, 漏漏電流應(yīng)不大于0.5mA。因此，電氣線路上都應(yīng)設(shè)漏電保護。電加熱管是

6、電鍋爐的心臟，其性能好壞直接關(guān)系到電鍋爐性能的好壞。電加熱管一般選用管狀形式，由金屬管、電熱絲、引出棒、連接座和填料等組成。一般情況下,電加熱管使用壽命在10000-30000小時。電加熱管的使用壽命主要取決于電加熱管的材料,表面熱負荷和用戶的運行管理水平。電加熱管為鎳鉻不銹鋼管材，表面熱負荷為6-9 W/cm2。此外，電加熱管的額定電功率也是一個非常重要的性能指標。在額定工況下，根據(jù)國標規(guī)定，電功率偏差絕對值不應(yīng)大于5。電加熱管的連接方式，一般采用三相，對稱地接成星形（Y）或三角形（）。根據(jù)容量大小分成兩組或多組。圖1為750kW電鍋爐主接線原理圖。電鍋爐的控制技術(shù)。從電氣角度來講，電鍋爐是

7、一臺大功率的電力調(diào)功設(shè)備，鍋爐的輸出功率越高，電功率的輸出也就越大。電功率的輸出調(diào)節(jié)分有級功率調(diào)節(jié)和無級功率調(diào)節(jié)兩種。無級功率調(diào)節(jié)適用于調(diào)節(jié)精度較高的場合，而有級功率調(diào)節(jié)則適用于調(diào)節(jié)精度要求較低的場合。由于對電鍋爐的輸出熱功率調(diào)節(jié)精確度一般要求都不很高，因此國內(nèi)絕大多數(shù)電熱鍋爐均采用有級功率調(diào)節(jié)方式。有級功率調(diào)節(jié)采用交流接觸器控制，無級功率調(diào)節(jié)則采用可控硅控制?？煽毓枰部捎糜谟屑壒β收{(diào)節(jié)，其優(yōu)點是無機械動作噪聲，壽命長。缺點是主回路不能完全關(guān)斷，過電流和過電壓能力差，自身耗電量大，需要強迫散熱，價格較高。而交流接觸器的優(yōu)點是可實現(xiàn)主回路電氣完全隔離，過電壓和過電流的能力較強，自身耗電量小，發(fā)熱

8、量小，價格便宜。因此，一般電鍋爐均采用交流接觸器作為控制器件。電鍋爐的加熱控制是超大電流的控制，這是與燃油、燃氣鍋爐和燃煤鍋爐控制上的最大差別。電鍋爐在控制技術(shù)方面有以下幾方面特點：1. 為了減少對電網(wǎng)的沖擊影響，采取電加熱管組逐級投切方式。各組加熱器投切之間間隔時間叫做逐級投切間隔時間。每組的功率越大，間隔時間越長。因此間隔時間因應(yīng)根據(jù)需要可以任意設(shè)定。2. 為了延長電加熱管的使用壽命，盡量使電加熱管使用均衡，避免過多地使用管某一組或某幾組電加熱，。同時由于交流接觸器在大電流下工作,也應(yīng)均衡使用。因此，控制原則是保證每組電加熱管總使用時間相同?？刂品绞讲捎枚嗉壙刂疲h(huán)投切。即先投者先切，后

9、投者后切，先停的先啟動，后停的后啟動。這樣就可以保證交流接觸器的動作次數(shù)完全相同，電加熱管的工作時間也大致相同。大大延長電鍋爐的使用壽命。3. 容量大的電鍋爐電流將達到幾百安培甚至幾千安培，這么大的強大電流將對電鍋爐控制裝置產(chǎn)生干擾。因此，需要采取可靠的抗電磁干擾措施。4電鍋爐的加熱控制系統(tǒng)是一個大滯后的二階慣性系統(tǒng)，采用一般的控制裝置很難達到最佳的控制效果，往往產(chǎn)生交流接觸器動作頻繁，甚至反復(fù)振蕩。國內(nèi)已根據(jù)這一特點開發(fā)研制出了電鍋爐電腦控制器。國內(nèi)電鍋爐的控制方式有四種：（1）手動+溫度顯示控制儀表控制并溫度顯示；（2）順序控制器或PLC控制+溫度顯示控制儀表控制并溫度顯示；（3）完全用P

10、LC控制，包括溫度輸入模塊和顯示單元（液晶顯示或觸摸屏顯示）；（4）專用電鍋爐電腦控制器控制并溫度顯示。由于其控制性能好，功能全，性價比高，得到了普遍應(yīng)用。 專用電鍋爐電腦控制器為一體化機箱，觸摸屏操作。觸摸屏可實時動感地顯示電加熱管的運行狀態(tài)和鍋爐系統(tǒng)運行模擬圖。還可用數(shù)碼方式顯示溫度、壓力等參數(shù)值,并設(shè)有全方位的在線幫助,多級中文彈出式菜單和故障維修指南,適合任何層次的操作人員使用。采用了現(xiàn)代先進的模糊控制技術(shù)，能夠快速平穩(wěn)地控制加熱組循環(huán)投切，提高加熱管使用壽命。電加熱管組投切動作采取間隔控制，降低對電網(wǎng)的干擾。間隔時間可任意設(shè)定。取得了很好的控制效果。電熱鍋爐控制柜與電熱鍋爐配套供應(yīng)，

11、作為電熱鍋爐的控制裝置。控制柜主要由柜體、低壓斷路器、交流接觸器、電腦控制器、測量儀表等組成，與電鍋爐配套的蓄熱水泵、循環(huán)水泵、補水泵等的控制裝置一般單設(shè)電控柜（箱），根據(jù)用戶要求也可裝在電鍋爐控制柜中。小型電熱鍋爐可與控制柜作成一體，以減小電鍋爐房建筑面積。三 電鍋爐房的電氣設(shè)計一般電鍋爐房的電氣設(shè)計包括電源設(shè)計、配電系統(tǒng)線路設(shè)計、熱工檢測系統(tǒng)設(shè)計及照明設(shè)計等。照明設(shè)計與一般鍋爐房設(shè)計相同，這里不作介紹。主要對電源設(shè)計、電鍋爐房的線路設(shè)計作一介紹。1 電源設(shè)計（1）變壓器臺數(shù)及容量的選擇對于較大容量電鍋爐房的應(yīng)專設(shè)變配電所。為減少電能損耗、便于接線和節(jié)省投資，變配電所應(yīng)鄰近電鍋爐房。容量較小

12、的電鍋爐房可由原有的公用變電所供電。專用變壓器容量或由公用變電所提供的容量應(yīng)滿足電鍋爐、蓄熱水泵、循環(huán)水泵、補水泵等設(shè)備的總用電量要求，并應(yīng)考慮10-20的富裕量。多臺電鍋爐可共用一臺變壓器,但不允許多臺變壓器供一臺電鍋爐。如電鍋爐房設(shè)置兩臺700KW電鍋爐，則應(yīng)配置兩臺800KW變壓器。（2）變配電所低壓配電柜配電開關(guān)及線路要求變配電所低壓配電柜配電開關(guān)及線路應(yīng)與電鍋爐房的用電負荷容量相匹配。如有兩臺700KW電鍋爐，變配電所低壓配電柜應(yīng)設(shè)置兩個1500A的低壓斷路器和兩條配電線路引至電鍋爐房。配電線路可采用帶N線和PE線的五芯電纜，如變配電所鄰近電鍋爐房，可采用封閉式母線槽。如蓄熱水泵、循

13、環(huán)水泵、補水泵等附屬設(shè)備單設(shè)控制箱，但用電量與電鍋爐相比很小，供電電源線路可由電鍋爐控制柜引接。2 電鍋爐房的線路設(shè)計電鍋爐房的線路包括電力線路和熱工檢測信號和控制線路。（1）電力線路設(shè)計電鍋爐控制柜至電鍋爐電加熱管的電力線路一般采用四芯YJV 交聯(lián)聚氯乙烯銅芯電纜或四根BV銅芯塑料電線，其中一根為PE線。電纜規(guī)格及根數(shù)見表2。電纜或電線敷設(shè)方式一般采用穿鋼管埋地敷設(shè)，也可采用電纜橋架敷設(shè)或地溝敷設(shè)。（2）熱工檢測信號和控制線路熱工檢測信號線路包括溫度、壓力和水位檢測線路，分別由裝在電鍋爐本體上的溫度、壓力和水位傳感器接到電鍋爐控制柜中的電腦控制器上。為避免干擾、確保檢測的準確性，檢測信號線應(yīng)

14、采用屏蔽線，并與電力線路分開敷設(shè)。敷設(shè)方式可在地坪下穿鋼管暗埋或架空明敷設(shè)。控制線路主要是蓄熱水泵、循環(huán)水泵、補水泵等附屬設(shè)備單設(shè)控制箱時，電鍋爐控制柜與附屬設(shè)備控制箱之間的控制及聯(lián)鎖線路，一般采用1.5平方毫米的BV銅芯塑料電線。敷設(shè)方式可采用在地坪下穿鋼管暗埋。一般鍋爐房設(shè)有軟化水裝置，其用電量不大，在軟化水裝置附近墻上設(shè)置一個三孔電源插座即可。(3)電鍋爐控制柜布置設(shè)計電鍋爐容量較大、臺數(shù)較多的電鍋爐房，電鍋爐控制柜、水泵控制柜及自動化控制臺等應(yīng)設(shè)在控制室內(nèi)。如改造工程由于條件限制，單獨設(shè)置控制室有困難，或電鍋爐容量較小、臺數(shù)又很少時，電鍋爐控制柜和水泵控制箱也可設(shè)在電鍋爐房內(nèi)，但應(yīng)遠離

15、水泵和水處理設(shè)備，并設(shè)置50-100 mm的基礎(chǔ)。容量大的電鍋爐控制柜一般為離墻安裝，單面（正面）操作，雙面開門維修。根據(jù)10kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范GB5005394規(guī)定，背面離墻距離應(yīng)不小于1000mm，正面操作距離應(yīng)不小于1500mm。容量較小的電鍋爐控制柜控制柜可靠墻安裝，正面操作距離也不應(yīng)小于1500mm。(4)接地系統(tǒng)設(shè)計接地系統(tǒng)型式應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)。電源進線N線應(yīng)作重復(fù)接地。電鍋爐控制柜、水泵控制箱、電鍋爐、水泵及其它電氣設(shè)備的金屬外殼、電纜電線穿線管等均應(yīng)可靠接地。接地電阻要求小于1。并按低壓配電設(shè)計規(guī)范GB 50054-95要求做好等電位聯(lián)結(jié)。四 電鍋爐房電氣設(shè)計中存在的問

16、題隨著我國對環(huán)保的重視，最近幾年電鍋爐的生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展非常迅速。但由于電鍋爐在我國起步較晚，相關(guān)電鍋爐技術(shù)方面的規(guī)范、標準還不夠完善，各生產(chǎn)廠家各自為戰(zhàn)，產(chǎn)品自定型號規(guī)格，自成系列。這給設(shè)計人員對電鍋爐的選型，對電鍋爐房的布置設(shè)計帶來一定的困難。特別是電鍋爐房設(shè)計以暖通、給排水專業(yè)為主，電鍋爐的選擇和訂貨由暖通、給排水專業(yè)負責(zé)，電氣專業(yè)設(shè)計人員對電鍋爐產(chǎn)品的技術(shù)性能和對電氣專業(yè)的設(shè)計要求了解不夠，使得電鍋爐房電氣設(shè)計中出現(xiàn)一些問題。據(jù)筆者了解的情況，主要存在著以下四個問題。1 電源容量與電鍋爐房用電負荷不匹配。主要表現(xiàn)在改造工程項目上，或新建電鍋爐房，但變配電所未改造，使得變配電所中變壓器容量

17、滿足了電鍋爐房用電要求，或變壓器容量能滿足要求，但引到電鍋爐房的線路出線開關(guān)容量不夠。希望建設(shè)單位在改建鍋爐房時，應(yīng)根據(jù)電鍋爐房的負荷容量，對原變配電所增容擴建和改造。2 電鍋爐房建筑面積偏小，使電鍋爐、電鍋爐控制柜及其它配套設(shè)備布置很困難。如有的鍋爐房，電鍋爐控制柜距電鍋爐只有500，控制柜的門都打不開，更不用說操作距離了。出現(xiàn)這一問題的原因是利用原有的鍋爐房,或還未選擇確定電鍋爐設(shè)備,建筑設(shè)計時沒有按設(shè)備的安裝要求設(shè)計鍋爐房幅員尺寸。結(jié)果造成了設(shè)備大，鍋爐房建筑面積明顯偏小的弊端。設(shè)計單位應(yīng)在電鍋爐及其配套設(shè)備都確定的條件下，再作電鍋爐房設(shè)計為好。3 電鍋爐與蓄熱水泵、循環(huán)水泵、補水泵等附屬設(shè)備等不是由同一廠家，而是由幾個廠家配套供貨，造成水泵控制箱與電鍋爐控制柜不匹配。根據(jù)控制要求，電鍋爐與蓄熱水泵之間應(yīng)互相聯(lián)鎖，但由于蓄熱水泵控制箱沒有考慮，這給施工安裝帶來很大的麻煩。希望建設(shè)單位或承包商訂貨時，電鍋爐和蓄熱水泵、循環(huán)水泵、補水泵等附