1.目前,我國電加熱設備的用電量約占總用電量的1/6。據原機械工業部1981年統計,全國機械部門共生產了煉鋼電弧爐1200多台,感應電爐5000多台;電阻爐21萬多台,其中工業用7萬多台,實驗用14萬多台。全國電爐設備總容量約有1700多萬千瓦大多數電爐設備相當於工業發達國家50年代的水平,產品性能差,產值電耗高,設備陳舊,管理落後,以冶金電爐來講,如果達到西歐和日本的一般水平,估計每年節電可達15.6億千瓦時。如對全國熱處理廠點進行全麵改造,每年可節電8億千瓦時,一般稱電加熱設備為“電老虎”,應作為我國降低能耗的重點來抓。電爐種類很多,主要有以下幾種:(0電弧爐是利用電弧作熱源進行熔煉的原理製成的電爐。按加熱方式劃分,有直接式、間接式和礦熱爐三種。礦熱爐又叫電阻電弧爐。
感應爐是利用電磁感應加熱原理製成的電爐。按用途劃分,有感應加熱爐與感應熔煉爐。感應熔煉爐中又分為無芯感應與有芯感應兩種。感應加熱爐中又分為感應透熱、感應淬火與真空感應燒結設備。按電源頻率劃分,有工頻、中頻與高頻三種。
電阻爐是用電阻加熱原理製成的電爐。按加熱方式劃分,有直接式和間接式兩種。按爐型劃分,常見的有箱式、井式、輸送帶式、震底式電爐和鹽浴爐等。按生產工藝劃分,有回火爐、淬火爐、滲碳爐、氮化爐、燒結爐、單晶爐等。按爐內溫度劃分,有低溫、中溫與高溫三種。
高頻電場加熱設備是利用介質加熱原理製成的電爐,一般分為極板式電場加熱與微波加熱。
其他電加熱方式有電子束和等離子體加熱等。前者是利用高速電子轟擊加熱物體,從而產生熱量進行熔煉;後者是利用氣體電離產生等離子體的能量進行加熱。
電加熱與煤氣加熱的比較。煤氣加熱在四個方麵都比電加熱好:設備成本費用可節省20—30%;設備檢修費用可節省50%;單位熱能價格可節省80—90%;能源利用率高兩倍。因此,隻要工藝技術條件允許,應優先選用一次能源燃燒加熱或煤氣加熱,不應采用電加熱。一般性的熱處理選用煤氣作熱源是經濟合理的。
電弧爐廣泛應用於熔煉廢鐵、銅、銅合金、鐵合金等,在金屬冶煉上居於重要地位。它是由爐體、電源設備、控製設備、冷卻係統以及上下料係統組成。電源設備包括開關、互感器、電爐變壓器及短網等。爐體包括爐殼、爐蓋、爐襯、電極、電極升降機等。爐襯常用的耐火材料有矽磚、鎂磚、鎂砂、白雲石、高鋁磚、耐火混凝土等。隔熱材料主要用石棉板。我國目前隻有一個係列,六種規格。國際上目前.發展高功率、超高功率電弧爐,一台70噸爐,普通功率為2萬千瓦,高功率為3萬千瓦,超高功率為5萬千瓦,二次側電流將達10萬安培。加大功率不僅可以增加產量,改進質量,而且可以節電12—24%,降低成本,效果顯著。
感應爐主要由爐體、電源設備、補償電容器組、控製設備以及冷卻係統、傳感係統、三相平衡係統等組成。無芯感應熔煉爐是在卷成圓筒形的水冷感應圈的內側,用耐火材料做成坩堝狀的熔煉室,將被熔煉物置於其中;感應線圈產生的磁力線穿過被熔煉物,引起渦流,產生熱量,進行熔煉。由於坩堝材質不同,故又分為非鐵坩堝與鐵坩堝。有芯感應爐是在閉合鐵芯上繞有一次線圈,其外側用耐火材料作為感應器,金屬溶液置於其中,相當於變壓器的二次線圈,處於短路狀態,通過二次電流加熱溶液,把熱量傳給上部熔煉室中的被溶煉物,進行熔煉。由於是感性負荷,功率因數較低,必須配備靜電電容器進行補償。
電阻爐廣泛應用於各行各業。箱式爐由隔熱材料構成矩形加熱室,外包一層金屬外殼,爐內的電熱元件放在後牆、頂部與底部,裝卸爐料通過爐門進行,結構簡單,通用性強,入工操作,勞動強度大,升溫慢,溫度不均勻,大都間歇作業,電耗高,空載損耗約為額定功率的25—40%。井式爐為豎井型,電熱元件放在加熱室側牆上,爐頂有蓋,供爐料進出用,可以密封;爐內加熱工件可以吊掛,裝卸爐料靠吊車進行,空載損耗為額定功率的15—25%。監浴爐多數已由插入式改為埋入式,利用鹽液來加熱製品,可在250—1300度之間獲得任意工作溫度,速度快,溫度均勻,電耗高,勞動條件差。
電弧爐、礦熱爐等從電爐變壓器的低壓端至電爐電極端包括軟母線、電極夾等在內的導線叫做電爐短網。導電母線隻有10米左右,分為若幹段,小容量電爐用銅排與銅芯電纜軟連接,大容量電爐用水冷銅管與水冷電纜軟連接,連接的螺釘均用非磁性材料做成。短網的有效電阻由導體本身的有效電阻、連接處的接觸電阻與附加電阻三部分組成。短網損耗與電流的平方和有效電阻的乘積成疋比。一台配有5000千伏安變壓器的電弧爐,短網電阻增加屯1毫歐,功率損朱就要增加10%,噸鋼電耗增加10千瓦時左右。由於電流特大,交流電有集膚效應,由於電磁感應作用,對附近的鐵構件產生渦流和磁滯損耗,所以,有效電阻比直流電阻增加30%以上。因此,短網雖然很短,但是,功率損失卻很大,一般約占傳輸電量的9~13%。
電熱、電爐設備提高電能利用率的一般措施
對於有小水電資源的農村鄉鎮,應當鼓勵發展小水電,以電代柴,這樣做可以保持綠被和生態平衡。除此以外,一般不宜提倡電炊一類的電加熱用電。對於一般工商業製品,隻要工藝技術條件允許,均應優先選用燃燒加熱。大中城市應當大力發展煤氣事業、節能爐灶和太陽能利用,為人民提供新的能源,節約用電。
對於低溫加熱,要優先用紅外線加熱方式。按波長劃分,紅外線中有近紅外線、中紅外線和遠紅外線。遠紅外線的波長約在4~1000微米之間,許多材料對它都有較大的吸收能力,廣泛用於食品、紡織、機電、電子、輕工、醫療等行業中的烘烤、脫水、幹燥等作業中。近年來的實踐證明,凡是使用遠紅外線加熱器或塗料的電阻爐,可以使電阻發熱元件提高熱輻射性能,節電效果均在30%以上。遠紅外線用於幹燥油漆時,比用熱風幹燥可縮短時間20—50%,降低電力消耗50-80%。
我國目前使用的箱式和井式電阻爐,絕大多數的熱效率都很低,必須逐步進行更新改造,增強保溫隔熱,減少散熱蓄熱損失,這是節電的主攻方向。近年來,各地陸續采用矽酸鋁纖維取代重質粘土磚,節電效果均在30%左右。要盡量采用圓筒式代替箱式,改造成密閉型,同樣的爐襯,散熱量約可減少20%,蓄熱量減少2%,爐壁外表麵溫度降低10%,單位屯耗降低,如果對加熱夾具和料筐加以改進,熱效率升高10%是完全可以做到的。
在熱處理方麵,主要問題是間歇作此。若與連續作業比較,熱效率降低10%左右。據統計,我國機械工業係統6000多個企業中,熱處理車間或工段有4000多個,電爐容量共達134萬千瓦,有些工廠兩、三天也開不了一次爐。上海地區實行專業化生產以後,每噸工件熱處理電耗為664千瓦時,一般工廠則為950千瓦時,高出43%。因此,各個地區都要進行專業調整,盡可能實行連續作業的集中生產。
(電爐短網要盡量采取縮短供電距離,冷卻降溫,選擇合理的電流密度,改進布線方式,減少鐵磁性物質等措施。電爐變壓器要盡可能靠近電爐,並使各短網處在同一個水平麵上。如以運行電流1萬安培計算,短網縮短1米,即可減少功率損失20千瓦,噸鋼電耗降低15千瓦時左右。對於全部導電母線和軟電纜都要盡量采用水冷卻降溫,並保持連接處接觸電阻合格。所有固定的和連接用的螺釘應采用非磁性材料。水冷密封圈中間要留一道20毫米左右寬的縫隙。對不拆卸連接部位采用煤接。短網各部分的電流密度(安培/毫米2),軟電纜為銅排不超過1.4;水冷鐦管不超過4;電極不超過0.05;把持器銅瓦不超過0.02。在布線時要使相鄰的兩根平行導線中的電流方向相反,自感電勢與互感電勢也相反,可以大大降低電抗。