2012能源管理师培训课件(电气-下) 第13章――电加热节能技术

第十三章电加热节能技术§13.1电加热设备一、概述电加热设备是利用电热效应产生的热}I加热物料的设备，主要是各种工业用电加热炉。电加热设备目前己广泛应用于工农业生成的各个领域。在冶金工业中，电加热炉被用于黑色金属和各种有色金属及其合金的冶炼:在机械加工行业中，电加热炉被用于工业的锻造、冲压和热处理;在轻工行业中，电加热炉被用于食品、木材、造纸、棉毛织品、印染等产品的干燥;在石油化工、农业生成以及其他很多领域中，电加热设备都得到了广泛的应用。二、电加热设备的特点与种类（一）电加热设备的特点电加热设备与燃料加热设备相比，具有以下优点：1.热效率高2.电热功率密度大3.温度控制准确4.炉内气氛易控5.易于实现生产过程的自动化和机械化但是，电加热设备耗电量大，单位热能价格较高，而且，电炉成套设备的一次性投资较高。、（二）电加热设备的种类根据电能转换为热能的形式不同，电加热设备通常可分为以下几种：1.电阻加热设备，利用电阻加热原理至成的电加热设备。2.电弧加热设备，利用电能在空气介质中产生电弧燃烧时的量来熔炼加热工件或材料的一种加热方式。3.感应加热设备，利用电磁感应原理，使处于交变磁场或电场中的导体（被加热物）内产生感应电流，感应电流通过导体内阻产生热量对自身加热的一种加热方式。4.远红外加热设备。原理是将能够辐射红外线的材料涂敷在远红外辐射元件上，通电后，产生远红外线，被加热物体吸收，转换为热能，实现加热。5.电子束加热设备，是利用电流通过钨等高熔点金属产生的电子束来轰击被加热物而产生热量的一种加热方式。6.特殊加热设备，包括介电加热设备、等离子熔炼炉、工业微波加热炉和激光加热设备等多种加热设备。（三）电加热设备的介绍1.电阻加热设备电阻加热设备包括箱式炉、井式炉、盐浴炉、扩散炉和烧结炉等。与其他电炉相比，电阻炉发热方式简单，对炉料限制少，炉温控制精确度高，易于实现真空或控制气氛下加热。电阻炉广泛应用于工件的淬火、回火、退火、渗碳及氮化等热处理工中，也可用于材料的加热、干燥、热结、钎焊等工艺中。电阻炉是目前需要量最大，品种规格最多的一类电炉。（1）电阻加热设备的分类按照加热工件、炉膛气氛和使用的介质、温度、作业方式等分类。（2）间接加热电阻炉的介绍以辐射传热为主的电阻炉；以对流传热为主的电阻炉；以传到传热为主的电阻炉。（3）直接加热电阻炉的介绍2.电弧加热设备电弧加热设备热量集中、温度高、加热电阻低、设备占地小、工艺灵活性大，通常只能作金属或非金属材料的熔炼，而不作加热使用。（1）电弧加热设备的负荷特点由于电弧加热设备用于熔炼，设备运行时，用电负荷波动大而频繁。比如在电弧炉炼钢的熔化期，由于炉料熔化、崩塌，常常造成短路，致使电流波动很大，电弧也不稳定。为了限制短路电流对供电系统带来的冲击，要加热系统中增设电抗器，即可以限制短路电流，也可以稳定电弧，当电弧稳定后，电抗器就可以切除。所以，合理使用电抗器，既可保证冶炼顺利进行又可降低电能消耗。（2）电弧加热设备根据被加热物受电弧作用的方式不同，一般分为直接式电弧炉、间接式电弧炉和电阻电弧炉。（3）根据供电电源的不同，可以分为：三相交流电弧炉和直流电弧炉。（4）识别电弧炉容量大小：电弧炉炉壳直径，正常操作下电弧炉最大容量，变压器容量。3.感应电加热设备（1）感应电流的透入深度。由于交流电的集肤效应，感应电流在金属物料截面上的分布是不均匀的，表面电流密度最大，热量也主要产生于表面层内，通过传导传热逐渐向中心传递。所以从电工的角度看，无芯感应电热炉原理相当于次级只有一匝的空芯变压器。当电流密度由表面向中心逐渐减小，（2）感应加热炉的电热效率电效率，指的是感应加热炉本身及感应器与物料系统的电效率，不包括供电系统。热效率指加热物料的有用功率与物料吸收的有功功率之比。电热总效率。炉子的电热总效率是电效率和热效率的乘积。（3）感应电加热设备的分类。（4）感应加热设备的特点。（5）感应加热设备的结构。4.远红外线加热设备（1）远红外辐射元件的分类。（2）远红外加热技术应用中的注意事项（四）电加热方式的选择原则从我国目前的电力供应形势看，在电力远远不能满足工农业生产增长需要的情况下，在选择加热方式和采用电加热设备时，首先要考虑合理用电、节约用电、计划用电的需要，一般在选择加热方式和设备时，应遵循如下原则：（1）在工艺技术条件允许的情况下，应优先选择用燃料直接燃烧作为热源进行加热。（2）在满足工艺要求条件下，应尽量选用直接加热方式，而不要选用间接加热方式。（3）在满足工艺要求并进行技术经济比较后，依照下述原则，正确合理地选择电加热炉炉型：对大批量、单一品种零件的加热，应首先考虑用感应加热；对小批量、多品种零件的加热，可选用箱式炉、井式炉等电阻加热方式；对低温加热、薄层材料的加热，应优选考虑用远红外线加热方式。§13.2电加热设备节能技术一、电加热设备节电管理电加热设备的节能管理应从维护使用、生产调度、工艺控制、定额考核、目标管理等多方面着手，制定出完善的规章制度，并认真组织实施，保证电加热设备高效率运行，已达到优质高产低耗的目的。（一）电热设备的选型（二）加强维护保养，减少设备热损失（三）尽量实行集中生产，减少空载损失（四）制定科学的工艺操作规程，严格按工艺要求进行维护（五）加强定额考核，促进电加热设备高效经济运行（六）回收利用余热二、电阻炉节电措施工业生产中的典型电阻加热炉，多为间接加热炉。电加热设备在企业中应用量多、面广、耗电量最大、效率低，具有很大的节点潜力。常采用以下节能措施：（一）改进工艺、简化流程（二）尽量减少电阻炉的蓄热和散热损失（三）改善电热元件性能，增强热辐射能力（四）改进家具及料框，减少夹具、料框的吸热损失（五）减少线路损耗（六）加强电阻加热设备的密封，防止热“短路”（七）采用大容量的电炉，减少单位产品的耗热量（八）盐浴炉节电措施盐浴炉是以熔盐为加热介质的电炉，在电加热中使用普遍，其总使用容量约在50万kW以上，在电加热设备的节能中起到重要的作用。盐浴炉工作时，工件在要熔融介质中通过对流换热，换热系数大，加热速度快、温度均匀、工件变形小、不易氧化和脱碳。盐浴炉的工作温度范围宽，可完成淬火、回火、局部加热以及化学热处理等工艺。但工作环境差，会造成一定的污染。盐浴炉常用以下节电措施:１.插入式盐浴炉改为埋入式盐浴炉２.盐浴炉的快速起动节电技术盐浴炉使用的加热介质一般是氯化钠、氯化钾及氯化钡等氯化盐。它们在固态时，电阻很大，接近绝缘状态。而在熔融状态下，本身的离子活动能增加。在外电场作用下，会做定向流动，从而使熔盐具有导电性。加热介质在熔融状态下电阻非常小，仅有0.003~0.010，导电能力强。而当温度降低时，电阻会加大，冷却至室温时，电阻达到十几千欧以上，几乎不导电。因此，盐浴炉从室温开始起动加温时，升温时间长，要消耗大量电能。盐浴炉快速起动的节电技术可以有效地解决启动慢、耗能多的问题。其指导思想是，在起动升温时，采用它热方式使固态盐迅速熔化并升温，以减少起动时间，节省大量电能。可采用的方法有;碳棒起动法、电阻起动法、辅助电极自动法等，能够缩短启动时间５０%以上，减少启动电耗30%以上。另外，盐浴炉工作时应加保温盖，并在熔盐表面撒一层石墨粉，减少辐射热辐射损失。在升温、保温时采用硅酸铝纤维保温，可比敞开式节电2/3。三、电弧炉的节电措施炼钢电弧炉的用电单耗，在一定程度上反映了企业电炉炼钢的工艺和管理水平，与炉料质量、布料情况、熔炼钢种和熔炼工艺等都有着十分密切的关系。近年来，随着国家节能政策的出台和电弧炉节电技术的发展，电炉炼钢单耗指标逐年下降。炼钢电弧炉常采用以下节电措施:（一）超高功率供电（二）强化用氧技术（三）采用泡沫渣技术（四）采用偏心底出钢技术（五）废钢预热（六）使用氧燃烧嘴（七）减少电网的电能损耗（八）消除谐波，减少损耗（九）采用直流电弧炉四、感应加热设备的节能技术感应加热炉可采用的节能措施有：（１）合理选择感应炉的类型。（２）提高有芯感应炉感应体的性能（３）缩短变压器或变流装置与路子间的距离（４）提高感应炉的负荷率（５）采用合理的装料方法（６）对运行工艺及参数进行优化和改进（７）合理选用感应炉的水冷电缆及馈电母线截面积。（８）合理控制炉温及冷却水温。（９）提高功率因数。五、远红外加热设备节能技术远红外加热的基本原理是：将能够辐射远红外线的材料涂敷在远红外辐射元件上，通电后，产生远红外线，被加热物体吸收，转换为热量，实现加热。远红外加热，有一定的透入深度，加热时间快，加热均匀。远红外加热主要用于印染、纺织、食品、造纸等行业流水线的加热、脱水、干燥及固化等工艺。远红外加热设备可以采用的节能措施主要有：（１）合理选择辐射源的表面温度。（２）远红外线辐射元件的配置（３）炉体的保温和热对流（４）远红外线辐射元件的维护