Читайте также: |
|
Электродный нагрев применяют для нагрева электропроводящих материалов, обладающих ионной проводимостью. По принципу действия электродный нагрев относится к прямому, так как сам материал является средой, в которой электрическая энергия превращается в тепловую. Электроды служат для подвода электрического тока к нагреваемому материалу. Электродный нагрев прост в эксплуатации, доступен в использовании, поэтому нашел широкое применение в хозяйстве для отопления и нагрева воды в технологических целях.
В электродных аппаратах используют только переменный ток во избежание электролиза воды. Электроды изготавливают из металлических материалов: титана, нержавеющей и углеродистой стали, электротехнического графита и др. При плотности тока до 2·103 А/м2 для изготовления электродов по условиям коррозионной стойкости целесообразно применять нержавеющую сталь, а при больших значениях плотности тока — углеродистую. Для изготовления электродов не рекомендуется использовать медь, алюминий и оцинкованную сталь из-за низкой коррозионной стойкости и загрязнения воды продуктами коррозии этих материалов.
Как правило, в установки электродного нагрева вода подается из естественных источников. Пригодность воды для того или иного технологического процесса определяется ее физико-химическими показателями - солесодержание, удельное электрическое сопротивление. Солесодержание, т. е. суммарная концентрация всех содержащихся в 1 кг воды катионов и анионов, в различных зонах России колеблется от 50 мг/кг до нескольких граммов на килограмм.
Режим работы электродных аппаратов в основном зависит от удельного электрического сопротивления воды, которое в любой момент времени определяет ток и мощность аппарата. Удельное сопротивление воды зависит от времени года по причине изменения солесодержания, а так же от температуры.
Удельное электрическое сопротивление , Οм·м, при температуре Τ слабых растворов электролитов, в том числе и природной воды, описывается гиперболической функцией от температуры
, (5.1)
где ρ293 — удельное электрическое сопротивление при температуре 293 К;
αТ — температурный коэффициент электрического сопротивления, отражающий относительное уменьшение электрического сопротивления при возрастании температуры на 1 К.
Для растворов щелочей и солей αТ=0,02...0,035 К-1 кислот αТ =0,01...0,016 К-1.
В практических расчетах его определяют по упрощенному выражению, принимая αТ=0,025 К-1
. (5.2)
Электрические водонагреватели, как правило, работают в замкнутых системах теплоснабжения без отбора воды, что позволяет стабилизировать электрическое сопротивление, электрический ток и мощность водонагревателя на расчетном уровне. В отличие от водонагревателей удельное сопротивление воды в паровом котле (парогенераторе) меняется по высоте электродной системы. В нижней зоне системы вода нагревается до 358...368 К, в средней — до температуры кипения при заданном давлении.
Удельное электрическое сопротивление такой сложной по структуре рабочей среды — пароводяной смеси — зависит от температуры и концентрации солей в котловой воде, объемного паросодержания, конструктивных параметров электродной системы и других параметров. В практике расчета паровых котлов удельное электрическое сопротивление пароводяной смеси определяют по опытным данным.
Для электродной системы с коаксиальными цилиндрическими электродами удельное электрическое сопротивление пароводяной смеси , Ом·м
, (5.3)
где ρТ - удельное электрическое сопротивление воды при температуре кипения, Ом·м;
β — коэффициент, учитывающий влияние паробразования на удельное электрическое сопротивление котловой воды (β = 1,25...1,3);
Ρ — мощность электродной системы парового котла, Вт;
dB —диаметр внутреннего электрода, м;
h — высота электродной системы, м;
r Θ— теплота парообразования, Дж/кг;
ρ п — плотность пара при заданном давлении, кг/м3.
Фазное сопротивление электродного аппарата, может быть определено по геометрическим размерам электродной системы Rф, Ом
, (5.4)
где kЭГ — геометрический коэффициент электродной системы;
h — высота электродной системы, м;
ρТ — удельное электрическое сопротивление нагреваемого материала, Ом·м.
Коэффициент kЭГ для несложных электродных систем определяют на основе метода электростатической аналогии, а для сложных электродных систем — на основе конформных отображений.
Для любой температуры мощность электродного аппарата по геометрическим параметрам электродной системы с учетом выше приведенных выражений Р, Вт
. (5.5)
Коэффициент геометрической формы электродов для модели kЭГ
. (5.6)
где lЭ - межэлектродное расстояние, мм;
b - ширина электродов, мм.
Допустимая плотность тока, А/м2, на электродах
, (5.8)
Для электродных водонагревателей β=1, для парогенераторов β=1.1…1.2.
Максимальная плотность тока, А/м2, на электродах:
, (5.9)
где kH = 1,1…1,4 — коэффициент, учитывающий неравномерность плотности тока по поверхности электрода;
I — сила тока, стекающего с электрода, А;
АЭ — наименьшая активная поверхность электрода, м2.
Напряженность электрического поля в межэлектродном пространстве для системы электродов "треугольник"
, (5.7)
где k – коэффициент запаса по перенапряжению, гарантирующий отсутствие
возникновения дугового разряда, k=1.2…1.4.
Напряженность электрического поля можно определить по графикам, представленным на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 Зависимость допустимой напряженности от
удельного электрического сопротивления воды:
1 — для водонагревателей; 2 — для паровых котлов
Допустимая плотность тока, А/м2, на электродах
, (5.8)
Для электродных водонагревателей β=1, для парогенераторов β=1.1…1.2.
Максимальная плотность тока, А/м2, на электродах:
, (5.9)
где kH = 1,1…1,4 — коэффициент, учитывающий неравномерность плотности тока по поверхности электрода;
I — сила тока, стекающего с электрода, А;
АЭ — наименьшая активная поверхность электрода, м2.
Дата добавления: 2015-12-07; просмотров: 67 | Нарушение авторских прав