探讨电锅炉的加热控制技术与电气设计

摘要：本文首先介绍了电锅炉的优点，然后分析了电锅炉的加热控制技术，最后探讨了电锅炉的电气设计和电锅炉设计中需要注意的几个问题。

关键词：电锅炉；加热控制技术；电气设计；注意问题

中图分类号：F407文献标识码： A

电锅炉是一种高效、节能、安全可靠、减少环境污染的新型电加热设备。利用它可以将电网夜间低谷电力用于加热水并保温储存，供白天使用或供热。对于充分利用电网低谷电力，增加电力有效供给，提高电网的负荷率是一种非常有效的手段。

1电锅炉的优点

1.1 电锅炉全套设备占地面积小，不需烟囱、燃料渣堆放场所。产品成套组装出厂，在现场只需接上电源，水管，即可投入运行，可大大节省基建投资及安装费用。

1.2 热效率高，输送方便，损失很小。电锅炉运行热效率在 95%以上。启停调节方便，比煤锅炉、油锅炉更能节约能源 。

1.3 自动化程度高、运行安全可靠。一般电锅炉都采用自动控制，快速平稳地控制电加热管组的循环投切。并且具有漏电保护、短路保护、过电流保护、过电压保护、压力超限保护、水位过低保护等多项保护功能。产品实现了机电一体化，不需专职锅炉运行工、节省费用，避免了人为因素的影响而发生事故。

1.4 保护环境、造福大众。电锅炉不会排出如二氧化硫、二氧化碳等有害气体，无黑烟、灰尘，没有废物需要处理，无噪声、无污染，从环境保护角度来看，最为优越。

2 电锅炉的加热控制技术

2.1 电锅炉的加热方式

电锅炉的加热方式分为两种：电磁感应加热、电阻加热。由于电磁感应加热方式为间接加热，因而热效率较低，约为92％。而电阻加热方式热效率高，可达97％。电阻加热方式即采用电阻式管状电热元件加热，在结构上易于叠加组合，控制灵活，更换方便。目前电锅炉基本上都采用电阻式管状电热元件加热方式。以 DKS60 型锅炉为例，它是采用电脑控制技术，各加热组不同时进行动作，动作间隔为 4 秒，加热组的投切循环进行；当炉水温度达到95度时，控制器逐个关闭全部加热组；当炉水温度低于 80 度时，控制器逐个投入全部加热组；当锅炉水位低于低位电极时，控制器启动泵 ，锅炉水位升至高位电极时，控制器关闭泵 。控制器开启后即不间断的对温度传感器、水位电极以及自身电路进行检测，发现故障立即报警并停炉保护。控制器自动显示故障点，即在数码显示窗显示故障代码，机内蜂鸣器发出报警声。一般电锅炉设定的控制要求有：停炉温度、使用温度、出水温度、启动时间、停止时间。电加热管性能的好坏，直接关系到电锅炉性能的好坏。管状电加热管由金属管、电热丝、引出棒、连接座和填料等组成。一般情况下 , 电加热管使用寿命在 9000-29000 小时。电加热管的使用寿命主要取决于电加热管的材料 , 表面热负荷和用户的运行管理水平。电加热管为镍铬不锈钢管材，表面热负荷为 6-9 W/cm2。电加热管的额定电功率也是一个非常重要的性能指标。在额定工况下，根据国标规定，电功率偏差绝对值不应大于 5％。

2.2 电加热管的连接方式

电加热管的连接方式采用三相对称星形（Y）方式，或是三角形（）的方式。根据容量大小分成两组或多组。从电气角度来讲，电锅炉的输出功率与电功率的输出成正比相关。在对调节精度要求很高的环境下，电功率的输出适宜使用无级功率调节；在对调节精度要求不是很高的环境下，电功率的输出适宜使用有级功率调节。在我国以采用有级功率调节方式的电热锅炉居多。有级功率调节采用交流接触器控制，交流接触器的优点是可实现主回路电气的完全隔离，也因交流接触器有比较强大的过电压与过电流，而且耗电量也小，发热性能低，价格便宜。因此，一般电锅炉均采用交流接触器作为控制器件。电锅炉与燃油、燃气锅炉和燃煤锅炉的最大差异性标志是通过控制超大电流，而实现加热控制。

3 电锅炉的电气设计

电锅炉的电气设计的核心项目有电源设计、配电系统线路设计、热工检测系统设计等等。

3.1 电源设计考量

电源设计的取舍依赖于变压器台数及电锅炉容量的需求。

3.1.1对于设置了两台以上较大容量的电锅炉的情形，在电锅炉房邻近之处应当专设变配电房（室），既利于降低电能损耗、亦方便施工布线和节省经费开支。所配置的专用变压器容量应当考虑 20％左右的富余量，满足电锅炉等设备的总用电量要求。需要注意的问题是多台电锅炉可以共用一台变压器，但严禁多台变压器供电给一台电锅炉。例如，两台 800KW 电锅炉，则应配置两台 1000KW 以上变压器。

3.1.2专设变配电房（室）内对低压配电开关及线路要求。应当与电锅炉的使用电负荷容量相匹配。如有两台800KW 电锅炉，变配电房（室）低压配电柜应设置两个 2000A 的低压断路器，和两条配电线路连接到电锅炉开关箱。配电线路采用带 N 线和 PE 线的五芯电缆。对于用电量较小的蓄热水泵、循环水泵、补水泵，其所供电电源线路则可以从电锅炉控制柜引接而成。

3.2 电锅炉的线路设计选择

电锅炉的线路包括电力线路和热工检测信号和控制线路。

3.2.1电力线路设计

电锅炉控制柜至电锅炉电加热管的电力线路材质，宜采用四芯 YJV 交联聚氯乙烯铜芯电缆，或者是四根 BV铜芯塑料电线。

3.2.2热工检测信号和控制线路

热工检测信号线路，必须采用屏蔽线，保障检测的准确性和避防干扰，并与电力线路分开敷设。有两种敷设方式。一种是地坪下穿钢管暗埋，另一种是架空明敷设。检测信号线路主要是指电锅炉的温度、压力和水位检测线路，对应连接在电锅炉本体上的温度、压力和水位传感器接到电锅炉控制柜中的电脑控制器上。

电锅炉控制柜与蓄热水泵、循环水泵、补水泵等附属设备控制箱之间的控制及联锁线路，通常采用横面为 2.5 平方毫米的 BVR 铜芯塑料软电线。敷设方式是，穿钢管暗埋在地坪下。对于一些锅炉房设有的软化水装置，因为它用电量不是很大，宜选择在其附近的墙上，设置三孔电源插座就可以了。

4电锅炉设计中需要注意的几个问题

4. 1 变电所的布置

电锅炉比其他锅炉的配电设备数量多，容量大，配电室的面积是常规配电室面积的 5 到 6 倍，因此在做初步设计时，要为配电室留出足够的空间，同时要考虑设备的进出通道、配电设备之间、配电设备与电锅炉之间的电缆联系，确定电缆沟走向等问题。锅炉房配电室采用高、低压柜及变压器柜背对背布置方式，并在柜前留有操作空间，柜后留有检修通风通道，两侧留有人行通道，整个配电室布局合理、美观。

4. 2 配电柜进线方式

在一般情况下，锅炉厂家配套的配电柜均采用电缆下进线方式，进线柜兼做馈线柜，不设置并柜母线，但由于工程负荷大，如采用电缆进线方式，每相就需3×240mm2的铜芯电缆，数量多且截面大，与柜内母线连接不可靠，长时间运行易发热，极易导致运行不安全，另外上级电源还需要增加一面馈线柜，既增加了投资又多了故障点。鉴于这个情况，要求厂家提供的配电柜增设连接母线，采用母排并柜安装方式，馈出柜之间利用母排连接，这样既节省了上级馈出柜环节，又减少了占地面积，降低了投资，消除了电缆不安全的运行因素。

4. 3 电缆线路敷设

电锅炉配电柜至电锅炉电加热管的电力线路采用四芯YJV交联聚氯乙烯铜芯电缆。从低压配电室至电锅炉端设计有两个宽1200mm深1000mm的电缆沟，但由于7台电锅炉电缆根数多达五百根，电缆散热导致电缆沟内环境温度较高。设计在侧墙各设置一组电缆桥架，根据电缆到电锅炉的不同位置，电锅炉下部电缆采用电缆沟敷设方式，至电锅炉顶端电缆采用电缆桥架敷设方式，从而有效地将电缆分开，解决了电缆散热困难的问题。

4. 4 限制短路电流

电锅炉设备的用电负荷大，变压器容量大，阻抗小，如采用一段母线对应一台设备的原则，两台低压变压器将并列运行，低压母线最大短路电流将达53 kA，这就需要选用高分段能力的开关，从而增大了设备投资。为限制短路电流设计采用了单母线分段运行方式，正常情况下母联开关打开，将最大短路电流限制到37 kA。这样设计选用了标准 S 型开关，分断能力达到50kA，保证了运行的安全。

4.5 与厂家及其他专业的配合

目前相关电锅炉技术方面的规范、标准还不够完善，各电锅炉生产厂家型号规格结构尺寸千差万别，这就给设计在估算厂房面积，确定供配电方案等方面带来一定困难。另外，以往锅炉房设计以暖通、给排水专业为主，锅炉的选择和订货由暖通、给排水专业负责，电气专业介入要滞后一些。但在电锅炉中的设计中，电气设计占有很大比例，并且相关技术要求要在锅炉的技术规范书中体现，所以从项目一开始，电气专业就应该提前介入，与暖通、土建专业紧密联系、提前沟通。暖通、给排水专业在编写技术规范书时，应明确电锅炉与给水泵、循环水泵等辅机之间的控制要求，防止功能遗漏。在土建设计中，要避免因预留配电室面积过小而布置不开设备，或配电柜后有立柱打不开柜门的现象发生。

5结语

目前，我国电加热锅炉还处于发展期，前景广阔，还会有新的电热元件和加热方式出现。在电加热锅炉的控制方面，我们还有不少课题需要解决，如降低电阻式电热元件的断丝检测成本，降低小型电加热锅炉电控的成本等等，使我国的电加热锅炉达到世界先进水平。

参考文献：

[1]高立群.浅谈电锅炉房的电气设计[J].中国新技术新产品 ,2008(10)

[2]张泽中，孔令旗．用电锅炉的电气设计［J］．电工技术，2010，(3)

[3]李乃夫．电气控制与 PLC 应用技术［M］．北京:电子工业出版社，2009