電鍋爐房的電氣設(shè)計(jì)

1、電鍋爐房的電氣設(shè)計(jì)日期:2005-05-17作者：解克勤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(chǔ)存，供白天使用或供熱。對(duì)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(fù)荷率是一種非常有效的手段。電鍋爐突出優(yōu)點(diǎn)如下：在現(xiàn)場(chǎng)只需接上電源，水管，即可投入運(yùn)行，可1電鍋爐全套設(shè)備占地面積小，不需煙囪燃料渣堆放場(chǎng)所Q產(chǎn)品成套組裝岀廠, 大大節(jié)省基建投資及安裝費(fèi)用2熱效率高，輸送方便，損失很小電鍋爐運(yùn)行熱效率在其它鍋爐運(yùn)行費(fèi)用比較見表1。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。電熱鍋爐與幾種鍋爐運(yùn)行費(fèi)用比較表表

2、1項(xiàng)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0.7MW6X些Kcal/h0.7MW6 X AKcal/h0.7MW6 X 謚 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5Kcal/Kg9 X 段 cal/Kg8.5 口 Kcal/Kg860Kcal/KWh860Kcal/KWh鍋爐熱效率50%70%70%95%95%燃料耗量240Kg/h95Kg/h100/h734KW/h734KW/h燃料價(jià)格0.25 元/Kg2.5 元/Kg 4.2 元/Kg1.73 元 /Q0.3 元/KWh0.18 元 /KWh每天能耗600元2375 元3990 元1700

3、 元2340 元1321 元采曖季能耗費(fèi)用7.2萬(wàn)元28.5萬(wàn)兀47.8萬(wàn)元20.4萬(wàn)元28.19萬(wàn)元15.85萬(wàn)元采曖季每平方米能耗費(fèi)用7.2元28.5 元47.88 元20.4 元28.19 元15.85 元其它費(fèi)用排污、清灰、 除渣、維修、 工人工資排污、清灰、除塵儲(chǔ)油、維修、工人工資排污、清灰、儲(chǔ) 氣、維修、工人 工資每二到五年更換一次加熱管注：供曖面積以1 0 0 0 0 M2，采曖以每天10小時(shí)計(jì)算，采曖季為4個(gè)月0因各地區(qū)電價(jià)參數(shù)不同，此表數(shù)據(jù)僅供參考3自動(dòng)化程度高、運(yùn)行安全可靠般電鍋爐都采用自動(dòng)控制，快速平穩(wěn)地控制電加熱管組的循環(huán)投切O并且具有漏電保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、過(guò)

4、電壓保護(hù)、壓力超限保護(hù)、水位過(guò)低保護(hù)等多項(xiàng)保護(hù)功能。產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，不需專職鍋爐運(yùn)行工、節(jié)省費(fèi)用，避免了人為因素的影響而發(fā)生事故。4 保護(hù)環(huán)境、造福大眾電鍋爐不會(huì)排出如二氧化硫、二氧化碳等有害氣體，無(wú)黑煙、灰塵，沒有廢物需要處理，無(wú)噪聲、無(wú)污染，從環(huán)境保護(hù)角度來(lái)看，最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(jìn)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(bǔ)水泵及其控制箱，軟水器等。電鍋爐本體主要由鋼制殼體、電加熱管、進(jìn)出水管及檢測(cè)儀表等組成。電鍋爐的加熱方式有電磁

5、感應(yīng)加熱方式和電阻加熱方式兩種O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 % 0而電阻加熱方式熱效率高，可達(dá)98%。電阻加熱方式即釆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(diǎn)是鍋爐中的水不帶電。但當(dāng)電熱元件漏水或爆裂時(shí)，也會(huì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，漏漏電流應(yīng)不大于0.5mA o因此，電氣線路上 都應(yīng)設(shè)漏電保護(hù)。電加熱管是電鍋爐的心臟，其性能好壞直接另系到電鍋爐性能的好壞o

6、電加熱管一般選用管狀形式，由金屬管、電熱絲、弓I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(shí)。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(fù)荷和用戶的運(yùn)行管理水平。電加熱管為鐮銘不銹鋼管材，表面熱負(fù)荷為6-9 W/cm2 o此外，電加熱管的額定電功率也是一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)。在額定工況下，根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，電功率偏差絕對(duì)值不應(yīng)大于5%。電加熱管的連接方式，一般采用三相，對(duì)稱地接成星形（丫）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(lái)講，電鍋爐是一臺(tái)大功率的電力調(diào)功設(shè)備，鍋爐的輸岀功率越高，電功

7、率的輸出也就越大。電功率的輸出調(diào)節(jié)分有級(jí)功率調(diào)節(jié)和無(wú)級(jí)功率調(diào)節(jié)兩種。無(wú)級(jí)功率調(diào)節(jié)適用于調(diào)節(jié)精度較高的場(chǎng)合，而有級(jí)功率調(diào)節(jié)則適用于調(diào)節(jié)精度要求較低的場(chǎng)合。由于對(duì)電鍋爐的輸出熱功率調(diào)節(jié)精 確度-般要求都不很高，因此國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)電熱鍋爐均采用有級(jí)功率調(diào)節(jié)方式。有級(jí)功率調(diào)節(jié)采用交流接觸器控制，無(wú)級(jí)功率調(diào)節(jié)則采用可控硅控制0可控硅也可用于有級(jí)功率調(diào)節(jié)，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)機(jī)械動(dòng)作噪聲，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是主回路不能完全為斷，過(guò)電流和過(guò)電壓能力差，自身耗電最大，需要強(qiáng)迫散熱，價(jià)格較高。而交流接觸器的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)主回路電氣完全隔離， 過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，自身耗電量小，發(fā)熱最小，價(jià)格便宜O因此，一般電鍋爐均采用交流接觸

8、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?xì)忮仩t和燃煤鍋爐控制上的最大差別O電鍋爐在控制技術(shù)方面有以下幾方面特點(diǎn)：1 為了減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊影響，采取電加熱管組逐級(jí)投切方式。各組加熱器投切之間間隔時(shí)間叫做逐級(jí)投切間隔時(shí)間。每組的功率越大，間隔時(shí)間越長(zhǎng)。因此間隔時(shí)間因應(yīng)根據(jù)需要可以任意設(shè)定。2. 為了延長(zhǎng)電加熱管的使用壽命，盡量使電加熱管使用均衡，避免過(guò)多地使用管某一組或某幾組電加熱，。同時(shí)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(shí)間相同。控制方式采用多級(jí)控制，循環(huán)投切。即先投者先切，后投者后切，先停的先啟動(dòng)，后停的后后動(dòng)。這樣就可以

9、保證交流接觸器的動(dòng)作次數(shù)完全相同，電加熱管的工作時(shí)間也大致相同。大大延長(zhǎng)電鍋爐的使用壽命。3. 容量大的電鍋爐電流將達(dá)到幾百安培甚至幾千安培，這么大的強(qiáng)大電流將對(duì)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(gè)大滯后的二階慣性系統(tǒng)，采用一般的控制裝置很難達(dá)到最佳的控制效果，往往產(chǎn)生交流接觸器動(dòng)作頻繁，甚至反復(fù)振蕩。國(guó)內(nèi) 已根據(jù)這一特點(diǎn)開發(fā)研制出了電鍋爐電腦控制器O國(guó)內(nèi)電鍋爐的控制方式有四種：（1 ）手動(dòng)+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PLC控制，包括溫度輸入模塊和顯示單元（液晶

10、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(jià)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(jī)箱，觸摸屏操作。觸摸屏可實(shí)時(shí)動(dòng)感地顯示電加熱管的運(yùn)行狀態(tài)和鍋爐系統(tǒng)運(yùn)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(jí)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(jìn)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(dòng)作采取間隔控制，降低對(duì)電網(wǎng)的干擾。間隔時(shí)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)，作為電熱鍋爐的控制裝置。控制柜主要由柜體

11、、低壓斷路器、交流接觸器、電腦控制器、測(cè)量?jī)x表等組成，與電鍋 爐配套的蓄熱水泵、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵等的控制裝置般單設(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(jì)一般電鍋爐房的電氣設(shè)計(jì)包括電源設(shè)計(jì)、配電系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)、熱工檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及照明設(shè)計(jì)等。照明設(shè)計(jì)與一般鍋爐房設(shè)計(jì)相同，這里不作介紹。主要對(duì) 電源設(shè)計(jì)、電鍋爐房的線路設(shè)計(jì)作一介紹o1電源設(shè)計(jì)(1)變壓器臺(tái)數(shù)及容量的選擇對(duì)于較大容最電鍋爐房的應(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。容最較小的電鍋爐房可由原有的公用變電 所供電O專

12、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(bǔ)水泵等設(shè)備的總用電量要求，并應(yīng)考慮10% -20 %的富裕量0 多臺(tái)電鍋爐可共用一臺(tái)變壓器，但不允許多臺(tái)變壓器供一臺(tái)電鍋爐。如電鍋爐房設(shè)置兩 臺(tái)700KW電鍋爐，則應(yīng)配置兩臺(tái)800KW變壓器。(2 )變配電所低壓配電柜配電開矢及線路要求變配電所低壓配電柜配電開尖及線路應(yīng)與電鍋爐房的用電負(fù)荷容量相匹配。如有兩臺(tái)700KW電鍋爐，變配電所低壓配電柜應(yīng)設(shè) 置兩個(gè)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o如蓄熱水泵、循環(huán)水泵、 補(bǔ)水泵等附

13、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(jì)電鍋爐房的線路包括電力線路和熱工檢測(cè)信號(hào)和控制線路。(1 )電力線路設(shè)計(jì)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 o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(cè)信號(hào)和控制線路熱工檢測(cè)信號(hào)線路包括溫度、壓力和水位檢測(cè)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o為避免干擾、確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性，檢測(cè)信號(hào)線應(yīng)采用屏蔽線，

14、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)o控制線路主要是蓄熱水泵、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵等附屬設(shè)備單設(shè)控制箱時(shí)，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，其用電最不大，在軟化水裝置附近墻上設(shè)置一個(gè)三孔電源插座即可o電鍋爐控制柜布置設(shè)計(jì)電鍋爐容最較大、臺(tái)數(shù)較多的電鍋爐房，電鍋爐控制柜、水泵控制柜及自動(dòng)化控制臺(tái)等應(yīng)設(shè)在控制室內(nèi)o如改造工程由于條件限制，單獨(dú)設(shè)置控制室有困難，或電鍋爐容量較小、臺(tái)數(shù)又很少時(shí)，電鍋爐控制柜和水泵控制箱也可設(shè)在電鍋爐房?jī)?nèi)，但應(yīng)遠(yuǎn)離水泵和 水處理設(shè)

15、備，并設(shè)置50-100 mm的基礎(chǔ)。容量大的電鍋爐控制柜-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(jì)規(guī)范GB50053 94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(jì)接地系統(tǒng)型式應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)o電源進(jìn)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、電纜電線穿線四電鍋爐房電氣設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題隨著我國(guó)對(duì)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(guó)起步較晚，相為電鍋爐技術(shù)方面

16、的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善，各 生產(chǎn)廠家各自為戰(zhàn)，產(chǎn)品自定型號(hào)規(guī)格，自成系列O這給設(shè)計(jì)人員對(duì)電鍋爐的選型，對(duì)電鍋爐房的布置設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的困難。特別是電鍋爐房設(shè)計(jì)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(fù)責(zé)，電氣專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)電鍋爐產(chǎn)品的技術(shù)性能和對(duì)電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)要求了解不夠，使得電鍋爐房電氣 設(shè)計(jì)中出現(xiàn)一些問(wèn)題。據(jù)筆者了解的情況，主要存在著以下四個(gè)問(wèn)題。1電源容量與電鍋爐房用電負(fù)荷不匹配。主要表現(xiàn)在改造工程項(xiàng)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 容量滿足了電鍋爐房用電要 求，或變壓器容最能滿足要求，但引到電鍋爐房的線路出線開矢容最不夠。希望建設(shè)單位在改

17、建鍋爐房時(shí)，應(yīng)根據(jù)電鍋爐房的負(fù)荷容最，對(duì)原變配電所增容擴(kuò)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o如有的鍋爐房，電鍋爐控制柜距電鍋爐只有500 mm,控制柜的門都打不開，更不用說(shuō)操作距離了。出現(xiàn)這一問(wèn)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(jì)時(shí)沒有按設(shè)備的安裝要求設(shè)計(jì) 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(jì)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(jì)為好。3電鍋爐與蓄熱水泵、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵等附屬設(shè)備等不是由同一廠家，而是由幾個(gè)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(lái)很大的麻煩。希望建設(shè)單位或承包商訂貨時(shí)，電鍋爐和蓄熱水泵、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵等附屬設(shè)備及其