（中国神华能源股份有限公司国华惠州热电分公司 516082）
摘要 本文本分析了项目所属科学技术领域、主要科技内容、技术经济指标、促进行业科技进步作用及应用推广情况。
关键词：自控恒温电加热；灰斗片式；应用推广
1引言
过去很长一段时间内,在绝大多数火电厂中，蒸汽加热始终是一种主要的保温方式。其工作原理是通过蒸汽加热管道散热以补充被保温灰斗的热损失。由于蒸汽的散热量不易控制，其保温效率始终处于一个较低的水平。而且铺设蒸汽加热管道十分不便。另外，在冬季运行时，蒸汽加热管道经常会出现"跑、冒、滴、漏"现象，每年冬季电厂维修部门都不得不在管线保温上花费大量的人力、物力来确保电厂的冬季运行安全。 20世纪80年代，美国能源行业就提出用电加热方案来替代蒸汽加热的设想。90年代末，包括能源业在内的很多工业部门已广泛推广了自控恒温电加热技术，以自控恒温电加热全面代替蒸汽加热。自控恒温电加热技术发展至今，已由传统的恒功率加热发展到自控恒温电加热。
2项目技术的基本分析
2.1科学技术领域
《新型除尘器灰斗防堵加热装置研究及应用》所属领域为由防堵专用纳米材料技术、负电荷排斥技术和振打技术三大部分组成。
1、防堵专用纳米材料技术：防堵专用纳米材料技术使得灰斗壁更加光滑，摩擦系数更小，流灰更流畅，其特有的耐磨、防腐蚀、阻燃、绝缘的特性能更好的保护灰斗。
2、负电荷排斥技术：通过对流化风加带负离子电荷，灰粉与负离子碰撞带负电，使灰粉之间斥力加大，无法粘结成块。
3、弹性振打技术：在灰斗上安装振打电机，灰斗内部加设弹性振打装置，通过定时振打对灰斗壁进行清灰，内部弹性振打装置受振打对落灰进行二次打散，保证灰斗排灰畅通。
2.2主要科技内容与技术经济指标：自控恒温型电除尘灰斗电加热器是针对电力行业电除尘灰斗加热保温的需要研制的新型电加热装置。其核心是采用电加热特性的陶瓷材料作为发热体，当对陶瓷发热体加电升温时，处于冷态的陶瓷发热体的电阻率很低，通过的电流较大，电加热器迅速升温；当温度达到灰斗设定温度（即陶瓷发热体自身设定温度）时，陶瓷发热体电阻率急剧增大，使其电流下降至稳定值，功耗全部扩散到灰斗壁中，达到“自我”控制的自动恒温和节能目的。
灰斗片式自控恒温电加热器是针对电力行业中，需要加热保温的设备加热难的问题研制的新型加热装置，以维持系统操作介质始终处于工艺要求的适宜温区。主要应用于发电厂除尘器灰斗电加热器，防止由于低温、潮湿、凝露腐蚀等原因造成燃烧后的灰粉结块引起的排灰不畅而造成的事故。
3主要技术创新点
新型除尘器灰斗防堵专用纳米材料，彻底颠覆和替代了传统的灰斗加热，其优点是：
（1）零能耗：一次投入后，即可保证8年连续使用，期间无额外能耗，节省大量电费及维护费用。
（2）绝缘性（涂层厚度400μm时）：80KV为100MΩ。
（3）阻燃耐高温：材料耐温可达600℃，能有效抑制传导热和辐射热，隔热保温抑制效率可达90%；同时材料本身阻燃，可长时间耐明火。
（4）高耐磨：材料采用离子化合物和部分人工合成的共价化合物，离子键和共价键属强结合键，而结合系统由于采用复合强化措施和特殊处理，形成化学结合，所以强度和刚度很大，可有效抵御的高速冲击力和剪切应力。
（5）防腐蚀：由于采用了耐酸和耐碱的特殊原料，纳米材料性能稳定，不会和介质发生反应，同时材料的原料多为高温合成材料，晶体发育好，结构完整，不受环境因素的影响，是最好的惰性材料之一，因而可有效抵御环境介质作用和各种化学腐蚀。
（6）本质防粘：在低于酸露点时纳米材料能够防止粘性灰粉与灰斗内壁粘合，同时能有效防止水分、油脂等渗透，使材料时刻保持干爽，提高使用寿命。使用中由于重力及流化风作用下灰流的不断冲刷，材料可以保持干净无灰，保证灰流顺畅。
（7）摩擦系数小：材料表面较原有钢质灰斗表面更加光滑，表面低摩擦系数，使灰斗面安息角减小，灰流更加顺畅；
综上所述：由于涂层材料本质防粘，且具有高耐磨、防腐蚀、阻燃、绝缘等特性，使灰粉到达灰斗壁无法泄电，后来的灰粉由于同性电荷相互排斥，无法在灰斗壁上大量粘结。而涂层表面比灰斗钢质表面更加光滑，摩擦系数更小，灰流更加顺畅，涂层本身防腐蚀性能也能很好的保护灰斗。
4项目内容
4.1立项背景
某电厂电除尘灰斗电加热器采用除尘器厂家配套的老式电加热板，灰斗电加热器的正常运行有助于除尘器设备及机组的安全运行。
1、2号机组于2010年投入运行至2017年间发生多次因为灰斗电加热器故障，导致加热不均匀，灰斗堵灰，加热器变形致加热器耗电量大及温度不够、灰流不畅等事件，机组DCS发出"综合报警"，专业人员就地检查，灰斗加热板变形、损坏率达30%，导致机组灰流不畅、机组存在运行安全隐患。经过深入分析调研后，拟采用灰斗片式自控恒温陶瓷电加热器给灰斗进行加热。
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为保证机组设备更安全的运行，以及老式加热板越来越大的功耗和维护费用，专业人员进行专项研究：决定对1、2号电除尘老式电加热板加热系统进行综合治理。
4.2详细科学技术内容
一、目前现状
目前电厂电除尘灰斗电加热设备采用板式电加热器，其基本工作原理为内置电热丝进行通电加热。通过PT100热电阻测量灰斗内温度，进行PID调节。当灰斗内温度低于设定温度下限时，控制柜中可控硅导通，加热器进行加热；当灰斗内温度高于设定温度上限时，控制柜中可控硅断开，加热器停止加热，以此来维持灰斗温度在设定的温度区间工作；
现有板式加热器因布置面小导致加热不均匀，灰斗堵灰，加热器变形致加热器耗电量大及温度不够、灰流不畅等问题，灰斗加热板变形、损坏率高，随着环保要求越来越高，大部分电厂在除尘器前侧还加装了低温省煤器，除尘器入口温度的降低，灰斗积灰板结现象越加突出。
二、解决方案
在除尘器灰斗壁外侧采用自控恒温型电除尘灰斗电加热器。
自控恒温型电除尘灰斗电加热器是针对电力行业电除尘灰斗加热保温的需要研制的新型电加热装置。其核心是采用电加热特性的陶瓷材料作为发热体，当对陶瓷发热体加电升温时，处于冷态的陶瓷发热体的电阻率很低，通过的电流较大，电加热器迅速升温；当温度达到灰斗设定温度（即陶瓷发热体自身设定温度）时，陶瓷发热体电阻率急剧增大，使其电流下降至稳定值，功耗全部扩散到灰斗壁中，达到“自我”控制的自动恒温和节能目的。
灰斗片式自控恒温电加热器是针对电力行业中，需要加热保温的设备加热难的问题研制的新型加热装置，以维持系统操作介质始终处于工艺要求的适宜温区。主要应用于发电厂除尘器灰斗电加热器，防止由于低温、潮湿、凝露腐蚀等原因造成燃烧后的灰粉结块引起的排灰不畅而造成的事故。
三、以某电厂两台330MW机组除尘器为例进行实施。
（1）根据设计文件省煤器各灰斗灰量及除尘器图纸等资料，按第四电场最少灰量及老式加热器数据，选用自控恒温陶瓷电加热器，单个灰斗功率4.5KW,每回斗布置420片，加热高度约2150mm.
（2）加热片在灰斗上的尺寸计算：
1）：从灰斗底部向上测量2150mm（参考值），将这段垂直高度平均分为7--8层
2）：每层加热片水平间距及垂直间距计算见公式1.2.2.1和1.2.2.2四、改造前后对比（以1号机为例）
（1）、改造前：1、2号机组于2010年投入运行至2017年间发生多次因为灰斗电加热器故障，导致加热不均匀，灰斗堵灰，加热器变形致加热器耗电量大及温度不够、灰流不畅等事件，机组DCS发出"综合报警"，专业人员就地检查，灰斗加热板变形、损坏率达30%，导致机组灰流不畅、机组存在运行安全隐患，原有灰斗安装有10片加热片，每片加热片为500W，总功率为5KW，因控制系统现有设置为95℃启动，达到105℃停止，通过多次对电除尘各电场灰斗进行测量，单个灰斗平均每小时电耗为3.5KW。
（2）、改造后：通过对1号炉电除尘灰斗电加热器进行节能型灰斗片式自控恒温电加热器综合治理，现场布置420片10W的加热片（实际运行中在保证电除尘灰斗温度的情况下，根据实际可调节加热片投入数量），保留现有加热器控制系统，控制系统现有设置为90℃启动，达到100℃停止（因改造前1号机测试时是在3月份，运行调节启停温度是根据环境温度变化而进行优化的），通过多次对电除尘各电场灰斗进行测量，单个灰斗平均每小时电耗为1KW；下图3、4为选取的1号炉电除尘A列4电场8号灰斗用电能表进行为期3天的电量测量；同时对单个灰斗加热温度的检测，通过对灰斗的持续加热，加热温度可以达到125℃以上。
（3）、结论：1号炉电除尘灰斗电加热器改造整套系统后，单个灰斗加热温度不小于120℃，维持功率小于2.5KW；达到合同规定要求，实现更有效的节能目标；有效解决灰斗灰流不畅、加热温度不稳定、温度偏低，费电、维护等问题，大幅提高灰斗加热、保温可靠性，保证机组电除尘安全运行；此次1号机改造后单个灰斗平均每小时电耗为1KW，较2号机每小时1.4KW小0.4KW，在1、2号机加热器数量布置相同的情况下，1号机改造后电耗较2号机低的原因为受环境温度高和运行调节温度的影响，所以此次节能经济性分析1号炉耗电量每个灰斗统一按照2号机1.4KW进行计算。
五、经济性分析
通过对1号炉电除尘灰斗电加热器进行节能型灰斗片式自控恒温电加热器综合治理，改造节能分析计算（单台机组，电价按照现有厂用电价计算）：
a) 灰斗片式自控恒温电加热器
单灰斗日耗电量： 1.4kw×24h=33.6kwh
单灰斗年耗电量： 60kwh×365=12264kwh/年
单灰斗年运行成本： 12264×0.45元=5518.8元/灰斗•年
单台机组32个灰斗年运行成本： 5518.8×32=176601.6元/年
b) 板式电加热器
单灰斗日耗电量：3.5kw×24h=84kwh
单灰斗年耗电量：84kwh×365=30660kwh/年
单灰斗年运行成本：30660×0.45元=13797元/灰斗•年
32个灰斗年运行成本：13797×32=441504元/年
c) 年节约运行成本
441504元/年 – 176601.6元/年 = 264902.4元/年
六、与当前国内外同类技术主要参数、效益、市场竞争力的比较
节能型片式自控恒温电加热器的特点：安全、节能、免维护、长寿命。
安全可靠：
陶瓷发热体材料在发热是无明火、不耗氧，其生产配方中以固定了恒温点，可以终身保持不变，其失效模式不会体现为时空超温或熔断，使用时安全可靠。
节约能源：
陶瓷发热体材料本身热转换率高，加之自控恒温的特性，在热负载发生变化时，可以迅速增加或减小功率。即当热负载增加时，能迅速补偿损耗的热量，不会因热负载的增加而影响去湿除尘效果：尤其是在热负载减小时，功耗仅用来维持灰斗壁的温度，节能效果十分明显。
加热均匀、升温迅速：
每只灰斗配备若干组节能型片式自控恒温电加热器单元，均匀分布在灰斗外壁，总功率5KW/斗，取电方式为三相四线制，保证了三相电平衡。
陶瓷发热体特殊的电流-时间特性，决定了其升温的速度极快，是普通电热丝材料无法比的。
电压适应能力强、使用寿命长：
由于材料的伏-安特性，陶瓷发热体可在电源电压波动±25%时仍然可以保持恒温状态，这是普通电热丝材料不具备的特性。由于采用了具有自控恒温的陶瓷发热材料及抗老化性能极佳的绝缘耐高温材料，加上先进的结构设计，其正常使用寿命可长达10年。
安装方便：
加热片采用并联方式接入电路，并用耐高温导热胶和防护胶带固定在灰斗外壁，出线简单，防尘、防水、防紫外线老化、免维护。
陶瓷发热体材料本身热转换率高，加之自控恒温的特性，在热负载发生变化时，可以迅速增加或减小功率。即当热负载增加时，能迅速补偿损耗的热量，不会因热负载的增加而影响去湿除尘效果：尤其是在热负载减小时，功耗仅用来维持灰斗壁的温度，节能效果十分明显。
论文作者:周嘉福,孙林林,于云飞,汤永庆
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/4/10
标签：恒温论文; 温度论文; 自控论文; 电加热器论文; 除尘器论文; 加热器论文; 机组论文; 《电力设备》2019年第23期论文;