3 设计思路

大体上包括锅炉本体的布置、计算机监控系统、外部电气设备连接三大块。

3.1 本体的布置

由于筒体内的换热方式主要是对流，所以锅炉本体的布置主要是电热管组的布置和对流换热面的布置。

(1)电热管组的布置

电热管(管状电加热器)是在一个金属管内放入金属电阻丝，并在空隙部分紧密地塞满有良好的导热性和绝缘性的结晶氧化镁而成，其管子材料为不锈钢或10号钢，笔者采用的电热管见图2。它可以安装在空气通道里用以加热空气，也可以浸在水或其他液体中用以加热水或其他液体，以及直接放在固体金属中加热金属。由于它具有结构简单、热效率高、机械强度好、安全可靠、轻便耐用等特点，目前已在我国航空工业、船舶工业、石油工业、化工工业及日用工业等部门广泛地被采用，工业锅炉制造行业也已推广使用。如用于硝石槽、水槽、各种油槽、酸碱加热装置、易熔金属熔化炉、空气加热炉、常压热水锅炉、干燥箱、各种冲模及压模、电熨斗、煮水器等。

图2 电热管外形简图

(a)主视图 (b)剖面图

电热管的尺寸自行设计，总长980mm，管径为20mm，弯径为50mm，换热表面为0.248m2，加热管材料选用10号钢，单管功率为18kW。管组在布置上，每三个电热管以三角型方式连成一组，电热管用固定夹紧固为一个整体装在法兰盘上，从侧面水平插入，筒体内有角钢支撑，避免管组由于刚度不足出现弯折现象，接管的作用是保护管组根部不被强烈冲刷，以延长电热管的寿命，接管的长度不到电热管的1/3，不会显著影响对流换热的效果，接管焊接在筒体上用来安装法兰盘，电热管组布置简图见图3。三角型布置一方面是出于外部电气设备接线的需要，另一方面水流冲刷而过时换热充分、均匀，而且可以有效地利用空间，布置更多管组，增加换热面。

图3 电热管组装配简图

1.接管 2.加热器固定夹 3.电热管 4.加热器支撑角钢

(2)对流换热面的布置

以1.40MW电热锅炉为例，14组电热管组水平共面对插，筒体每侧布置7组，沿长度方向水平等间距插入，充分利用锅筒长度，可以使对流换热更加充分、均匀。给水管座和出水管座都布置在筒体上部，分别位于两侧，目的是为了尽量加长流程，中间有隔板，下通上阻，用于增加扰动强化换热，由换热公式：

Q=kFΔt

在室温为25℃±2℃、给水温度为20℃±1℃、出水温度为95℃±1℃的条件下，Δt取60℃，总换热面积

F=3×14×0.248=10.416m2，总功率Q=3×14×18=756kW,则电热管的设计平均换热系数

k=756/(10.416×60)=1.21kW/(m2.℃)。0.35MW和1.40MW电热锅炉电热管设计换热系数都取为1.21kW

/(m2.℃)，实际运行效果良好。为延长电热管的寿命，给水要先软化处理，电热管的结垢腐蚀是缩短使用寿命的主要原因，流量应限制在5m3/s以下，以减少电热管表面的磨损。总体上对流换热面的布置遵循了简单实用、安全高效的原则。

3.2 计算机监控系统

计算机监控系统包括运算控制、运行参数实时显示、反馈执行三个子系统。运算控制子系统由PLC完成，实时监控子系统从布置在各测点的热电偶、水位计、压力传感器(监视压力参数，一旦锅筒内压力超过安全值，立即断电泄压)得到各项工作参数，PLC对得到的数据分析比较，确定需控制的参数，向执行子系统发出相应的执行指令，执行子系统由继电器、电磁开关、声光报警系统组成。监控系统的核心部分是运算控制子系统，采用触模式操作面板、LCD参数显示屏，通过实际运行，该系统工作良好，操作简单易学。

3.3 外部电气设备

电热管组采用三角形联接，外部输入电压为380±10V，为保障锅炉稳定运行需配稳压器，电热管组采取分别配电的方式，可用配电柜配电，电气开关由计算机控制，为保证运行安全，配有漏电保护装置，接线要求绝缘性好，必须保持端部干燥、清洁，以免造成表面短路。

4 不足之处

电锅炉虽有众多优点，但也存在着不足之处。

(1)用电经济性方面。在电价较高的地区采用电锅炉运行费用较高，最好在电价低收费时段运行，在电价较低的地区和环保要求较高的地区可以优先考虑电加热锅炉。

(2)附加外部设备投资较大。配备计算机监控系统、软水设备、给水泵、热水泵、电柜、稳压器等，初投资较大。

(3)对供电稳定性要求较高。电热锅炉不适合在经常断电的地区采用。

5 发展前景

随着人们环保意识的增强以及对生活环境要求的不断提高，在人口密集地区，绿色环保锅炉已渐渐成为生活锅炉的发展趋势。同时随着发电成本不断降低、计算机监控系统更加完善、运行更加简单方便，电热锅炉在不久的将来将得到较广泛的推广应用。

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