Ogrevanje tekočih medijev z elektrodami

Metoda segrevanja elektrode, ki se uporablja za ogrevanje žic II mil: voda, mleko, sadni in jagodni sokovi, zemlja, beton itd. Ogrevanje z elektrodami je razširjeno v elektrodnih kotlih, kotlih za toplo vodo in paro, pa tudi v postopkih pasterizacije in sterilizacije tekočih in mokrih medijev, toplotne obdelave krme.

Material je nameščen med elektrodama in segrevan z električnim tokom, ki prehaja skozi material od ene elektrode do druge. Ogrevanje elektrod se šteje za neposredno ogrevanje - tukaj material služi kot medij, v katerem se električna energija pretvori v toploto.

Ogrevanje z elektrodami je najenostavnejši in najbolj ekonomičen način segrevanja materialov; ne potrebuje posebnih napajalnikov ali grelnikov iz dragih zlitin.

Elektrode dovajajo tok mediju, ki ga je treba segreti, same pa se praktično ne segrejejo s tokom. Elektrode so izdelane iz nedeficitarnih materialov, najpogosteje iz kovin, lahko pa so tudi nekovinske (grafit, ogljik). Da bi se izognili elektrolizi, uporabite samo izmenični tok.

Prevodnost mokrih materialov določa vsebnost vode, zato bo v nadaljevanju segrevanje elektrod obravnavano predvsem za ogrevanje vode, podane odvisnosti pa veljajo tudi za ogrevanje drugih mokrih medijev.

Ogrevanje v elektrolitu

V strojegradnji in remontni proizvodnji uporabljajo segrevanje v elektrolitu... Kovinski izdelek (del) postavimo v elektrolitsko kopel (5-10% raztopina Na2CO3 in druge) in priključimo na negativni pol vira enosmernega toka. Zaradi elektrolize se na katodi sprošča vodik, na anodi pa kisik. Plast vodikovih mehurčkov, ki prekriva del, predstavlja visoko tokovno upornost. Večina toplote se sprosti vanj, segreje del. Na anodi, ki ima veliko večjo površino, je gostota toka majhna. Pod določenimi pogoji se del segreje z električnimi razelektritvami, ki se pojavijo v plasti vodika. Plast plina hkrati služi kot toplotna izolacija, ki preprečuje ohlajanje elektrolita dela.

Prednost segrevanja v elektrolitu je znatna energijska gostota (do 1 kW / cm2), ki zagotavlja visoko stopnjo segrevanja. Vendar se to doseže s povečano porabo energije.

Električni upor žic II mil

Prevodniki II vrste, imenovani elektroliti ... Vključujejo vodne raztopine kislin, baz, soli, pa tudi različne tekočine in materiale, ki vsebujejo vlago (mleko, mokra krma, zemlja).

Na voljo je destilirana voda električni upor približno 104 ohm x m in praktično ne prevaja elektrike, kemično čista voda pa je dober dielektrik. »Navadna« voda vsebuje raztopljene soli in druge kemične spojine, katerih molekule v vodi disociirajo na ione, ki dajejo ionsko (elektrolitno) prevodnost.Specifični električni upor vode je odvisen od koncentracije soli in ga je mogoče približno določiti z empirično formulo

p20 = 8 x 10 / C,

kjer p20 - specifična odpornost vode pri 200 C, Ohm x m, C - skupna koncentracija soli, mg / g

Atmosferska voda ne vsebuje več kot 50 mg / l raztopljenih soli, rečna voda - 500 - 600 mg / l, podtalnica - od 100 mg / l do nekaj gramov na liter. Najpogostejše vrednosti efektivnega električnega upora p20 za vodo so v območju 10 — 30 Ohm x m.

Električna upornost prevodnikov tipa II je močno odvisna od temperature. Ko se poveča, se poveča stopnja disociacije molekul soli v ione in njihova mobilnost, zaradi česar se poveča prevodnost in zmanjša upor. Za katero koli temperaturo T pred začetkom opaznega izhlapevanja je specifična električna prevodnost vode, Ohm x m -1, določena z linearno odvisnostjo

yt = y20 [1 + a (t-20)],

kjer y20 — specifična prevodnost vode pri temperaturi 20 o C, a — temperaturni koeficient prevodnosti 0,025 — 0,035 o ° C-1.

V inženirskih izračunih običajno uporabljajo upor in ne prevodnost.

pt = 1/yt = p20 / [1 + a (t-20)] (1)

in njena poenostavljena odvisnost p (t), pri čemer je a = 0,025 o° C-1.

Nato se vodoodpornost določi s formulo

pt = 40 p20 / (t +20)

V temperaturnem območju 20-100 °C se odpornost na vodo poveča 3-5-krat, hkrati pa se spremeni moč, ki jo porabi omrežje.To je ena od pomembnih pomanjkljivosti ogrevanja elektrod, kar vodi do precenjevanja preseka napajalnih žic in otežuje izračun naprav za ogrevanje elektrod.

Specifični upor vode upošteva odvisnost (1) šele pred začetkom opaznega izhlapevanja, katerega intenzivnost je odvisna od tlaka in gostote toka v elektrodah. Para ni prevodnik toka, zato se upor vode med izhlapevanjem poveča. Pri izračunih se to upošteva s koeficientom bv, odvisno od tlaka in gostote toka:

namizje pcm = strv b = pv a e k J

kjer je pult m - specifična odpornost mešanice voda - para, strc - specifična odpornost vode brez opaznega izhlapevanja, a - konstanta, enaka 0,925 za vodo, k - vrednost, odvisna od tlaka v kotlu (lahko vzamete k = 1,5 ), J - gostota toka na elektrodah, A / cm2.

Pri normalnem tlaku je učinek izhlapevanja učinkovit pri temperaturah nad 75 °C. Pri parnih kotlih doseže koeficient b vrednost 1,5.

Sistemi elektrod in njihovi parametri

Sistem elektrod - niz elektrod, ki so na določen način povezane med seboj in z napajalnim omrežjem, namenjene dovajanju toka v ogrevano okolje.

Parametri elektrodnih sistemov so: število faz, oblika, velikost, število in material elektrod, razdalja med njimi, električni tokokrog povezave (»zvezda«, »trikot«, mešana povezava itd.).

Pri izračunu elektrodnih sistemov se določijo njihovi geometrijski parametri, ki zagotavljajo sproščanje dane moči v ogrevanem okolju in izključujejo možnost nenormalnih načinov.

Napajanje trifaznega elektrodnega sistema v zvezdni povezavi:

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

Napajanje trifaznega elektrodnega sistema z delta povezavo:

P = 3U2l / Re

Pri dani napetosti Ul močnostni elektrodni sistem P je določen s faznim uporom Rf, ki je upor grelnega telesa, zaprtega med elektrodama, ki tvorita fazo. Oblika in velikost telesa je odvisna od oblike, velikosti in razdalje med elektrodama. Za najpreprostejši elektrodni sistem s ploščatimi elektrodami, vsaka b, višina h in razdalja med njimi:

Rf = pl / S = pl / (bh)

kjer, l, b, h - geometrijski parametri ravninsko-vzporednega sistema.

Za kompleksne sisteme se odvisnosti Re od geometrijskih parametrov ne zdi tako enostavno izraziti. V splošnem primeru ga lahko predstavimo kot Rf = s x ρ, kjer je c koeficient, ki ga določajo geometrijski parametri elektrodnega sistema (lahko se določi iz referenčnih knjig).

Dimenzije elektrod za zagotovitev zahtevane vrednosti Rf je mogoče izračunati, če je znan analitični opis električnega polja med elektrodama, kot tudi odvisnost p od dejavnikov, ki ga določajo (temperatura, tlak itd.).

Geometrijski koeficient elektrodnega sistema se izračuna kot k = Re h / ρ

Moč katerega koli trifaznega elektrodnega sistema je mogoče predstaviti kot P = 3U2h / (ρ k)

Poleg tega je pomembno zagotoviti zanesljivost sistema elektrod, izključiti poškodbe izdelka in električne okvare med elektrodama. Ti pogoji so izpolnjeni z omejitvijo poljske jakosti v medelektrodnem prostoru, gostoto toka na elektrodah in pravilno izbiro materiala elektrode.

Dovoljena jakost električnega polja v medelektrodnem prostoru je omejena z zahtevo, da se prepreči električni preboj med elektrodama in moti delovanje naprav. Dovoljena napetost Eadd Polja so izbrana glede na dielektrično trdnost Epr polja so izbrana glede na dielektrično trdnost Epr materiala ob upoštevanju varnostnega faktorja: Edop = Epr / (1,5 … 2)

Vrednost Edon določa razdaljo med elektrodama:

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

kjer je Jadd - dovoljena gostota toka na elektrodah, ρt je upor vode pri delovni temperaturi.

Glede na izkušnje pri načrtovanju in delovanju elektrodnih grelnikov vode je vrednost Edon vzeta v območju (125 ... 250) x 102 W / m, najmanjša vrednost ustreza uporu vode pri temperaturi 20 ° C. О. Pri manj kot 20 Ohm x m je največji upor vode pri temperaturi 20 OC večji od 100 Ohm x m.

Dovoljena gostota toka je omejena zaradi možnosti kontaminacije segretega okolja s škodljivimi produkti elektrolize na elektrodah in razgradnje vode na vodik in kisik, ki v zmesi tvorita eksploziven plin.

Dovoljena gostota toka je določena s formulo:

Jadd = Edop / ρT,

kjer je ρt vodni upor pri končni temperaturi.

Največja gostota toka:

Jmax = kn AzT / C,

kjer je kn = 1,1 ... 1,4 - koeficient, ki upošteva neenakomernost gostote toka na površini elektrode, Azt je moč delovnega toka, ki teče iz elektrode pri končni temperaturi, C je območje aktivna površina elektrode.

V vseh primerih mora biti izpolnjen naslednji pogoj:

JaNS add

Materiali elektrod morajo biti elektrokemično nevtralni (inertni) glede na segreto okolje. Nesprejemljivo je izdelovati elektrode iz aluminija ali pocinkanega jekla. Najboljši materiali za elektrode so titan, nerjavno jeklo, električni grafit, grafitizirana jekla. Pri ogrevanju vode za tehnološke potrebe se uporablja navadno (črno) ogljikovo jeklo. Takšna voda ni primerna za pitje.

Prilagoditev moči elektrodnega sistema možna s spremembo vrednosti U in R... Najpogosteje se pri nastavitvi moči elektrodnega sistema zatečejo k spreminjanju delovne višine elektrod (površine aktivnega površina elektrod) z uvedbo dielektričnih zaslonov med elektrodami ali spremembo geometrijskega koeficienta elektrodnega sistema (določeno z referenčnimi knjigami glede na diagrame elektrodnih sistemov).