中国电极锅炉现状及展望

引言

随着能源清洁转型的不断深入，风、光等清洁能源将逐渐取代煤炭等化石能源，成为可利用的主要能源。国家能源局发布的《关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知(征求意见稿)》提出，2030年我国一次能源消费将有25%左右来自可再生能源，风电和太阳能发电总装机量达12亿千瓦以上等目标任务。

风能和太阳能由于存在不稳定性和随机性，与电力系统的平稳性和可靠性相矛盾，随着其在能源供给中比例的不断提高，造成整个能源系统中储能总量不断减少，具体表现为调节能力不足。而储能技术作为一种有效的技术手段，能够将随机波动能源变为友好能源，有效减缓新能源发电的随机性和波动性，保障电网的安全运行。

近年，随着储能技术的快速发展，与清洁能源配套的蓄热储能技术相应地有所完善。其中，电极锅炉蓄热技术是应用前景十分广阔的高效储能技术。电极锅炉蓄热储能技术是指利用低谷电力加热水，以显热或者潜热的形式将热能在蓄热罐储存起来，在用电高峰期间将存储的热量释放出来以满足大面积供暖或外供工业蒸汽等其他用热的需要，均具有能量转换效率高、无环境污染、调节控制便利等优点。电极锅炉蓄热完全可以适用于发电厂端，能够大幅度提高机组灵活调节能力，其分布式储热的灵活电加热方式可以完全实现低谷储热，提高电网低谷调峰能力。

2022年7月13日，工信部网站公示了《全国工业领域电力需求侧管理第四批参考产品(技术)目录》，其中就包括电极式锅炉蓄热系统，国内更加重视电极锅炉蓄热系统在储能、调峰、消纳新能源等方面的作用，致力于推动能源结构的快速转型，解决储能领域的难题，使得清洁能源得到快速的发展。本文介绍了电极锅炉的相关应用，重点介绍了电极锅炉水储热技术在当前及未来的应用前景。

1.电极锅炉的原理

1.1基本类型

电极锅炉的工作方式与传统的电锅炉有着很大的区别，传统的电锅炉的加热方式为电阻式加热，即通过电热管来加热炉水，而电极锅炉则是通过将高压的电极直接作用于具有一定阻值的炉水，从而产生热水或蒸汽，实现电热之间高效的转化，其效率可达99%以上。

电极锅炉由于基本结构和工作原理的不同，可分为喷射式和浸没式两种类型，如图1、图2所示。

图1 喷射式电极锅炉（示例）

喷射式电极锅炉：主体结构是一个大型的压力容器，在容器上部装有一个储水容器，储水容器周围垂直地安装着电极。容器底部储有处理过的炉水，炉水通过循环水泵输送到储水容器之中，并通过容器壁四周的喷嘴喷出至周围的高压电极上，沿电极向下流动，高压电流使得水加热蒸发，产生蒸汽。

图2 浸没式电极锅炉（示例）

浸没式电极锅炉：主要分为内、外筒两个区域，位于炉外的循环水泵向锅炉外筒输送经过处理的除氧水，炉内的循环水泵将外筒中的水输送至内筒，内筒的炉水在高压电极的作用下变成热水或蒸汽。通过调控外筒补水控制高压电极的浸没深度，从而调节锅炉的输出功率。

两种电极锅炉之间有着很大的不同之处，将其进行比较分析，如表1所示。由表1可以看出，浸没式电极锅炉对于循环水量的要求较少，对三相电极进线电电源无要求，蒸汽品质较高，运行维护简单，设备要求较低且占地面积小，便于分布式安装，与喷射式电极锅炉相比具有突出的优势，便于大规模应用。

表1 两种类型电极锅炉的比较

由于1995年瑞士核电站启动锅炉发生爆燃事故，喷射式电极锅炉被欧洲禁用，仅在北美等地区使用，国内目前的产品也以浸没式居多，故本文只针对浸没式电极锅炉做具体的分析。

1.2运行机理

浸没式电极锅炉的主体结构如图3所示。主要由内筒区、外筒区及蒸汽区3部分组成。其中，内筒的主要功能是实现对炉水的加热从而产生热水或蒸汽，外筒用来存储水以及补充内筒耗水，蒸汽区则是通过对出口蒸汽的调节来调整内筒的压力。

锅炉启动时通过位于内筒的三相高压电极将电压施加于内桶的炉水，使得炉水在较短的时间内实现快速升温。内筒与外筒之间通过循环水泵和管道连接，当内筒水由于满足使用条件而发生转移时，外筒内部的溶液通过循环水泵源源不断地输送至内筒以补充耗水，外筒的水则是通过外侧的给水泵来进行补充。

由于内桶水的电导率会随蒸汽的不断输出和盐分的不断积累发生变化，故需设置参数检测装置以及加药调整装置进行及时调整，一般加药装置设置在外筒与给水泵相连的管道上。对于筒内液体电导率较高的情形，则通过内筒排污阀排出部分高浓度的炉水。

图3 电极锅炉结构原理图

内桶上方设置有蒸汽出口阀，用于及时调整内桶压力。当锅炉需要停止运行时，需要先把蒸汽阀门开到最大降压，并逐步减少循环泵供水，降低内桶水位和输出功率，等输出功率降到足够低时高压侧电源分闸，关闭循环泵和供水泵，停止锅炉。

2.行业现状

2.1发展历程

对于电极锅炉的研究至今已有100余年的历史。1905年欧洲发明了世界上第一台电极锅炉，当时，受限于工业水平，并未得到广泛应用；20世纪20年代，ZETA公司对电极锅炉进行了改造，成功发明出ZETA牌高压电极锅炉，提高了安全性能；20世纪40年代，欧洲发明了另一种电极锅炉———喷射式电极锅炉，降低了对绝缘性能的要求，此时电极锅炉开始应用于工业生产领域；20世纪70年代至80年代，国外的核电站建设规模迅速增大，此时由于电极锅炉高环保性和安全性，广泛应用于核电建设之中；20世纪90年代，国内首次引进了西屋公司核电技术，喷射式电极锅炉开始在中国大规模应用。

2.2合作现状

第1台电极锅炉问世至今已有100余年，漫长的发展历程中许多海外电极锅炉制造商不断积累经验和进行技术革新，形成了各具特色的产业品牌，由此占据了电极锅炉市场的大部分份额。由于国内对于电极锅炉的研究起步较晚，技术水平不够成熟，难以自主研发制造电极锅炉，因此多数的国内企业都是通过与国外厂商技术合作等方式来谋求自身的发展。表2介绍了部分海外重点的电极锅炉制造商以及其国内的合作厂商。

表2 国内外企业合作现状

由表2可以看出，目前大部分的国内企业都是采用与海外厂家联合，引进先进技术设备等方式来开展高压电极锅炉的研发、生产与制造。但实际上，从当前市场上各种类电极锅炉的份额比例来看，进口品牌更易得到用户的认可，多数国内用户在选择高压电极锅炉特别是当前国内难以独立生产的大功率高压电极锅炉时都更加倾向于进口产品，即便是那些进军国内市场相对较晚的国外品牌，依然能够借助品牌效应迅速打开国内市场。

图4分析了近年来国内部分企业的技术路线以及发展历程。国内对于电极锅炉的大规模引入始于本世纪初，随着人们更深刻地认识到化石能源所引起的环境污染的危害以及国内面临着能源结构的转型等问题，国内厂商开始研究电极锅炉在能源转型中所发挥的作用。受限于技术因素，初期的厂商合作多以技术引进为主，分析原因为：一方面，电极锅炉作为高尖端技术产品，其生产制造存在着诸多技术困难，需要部分技术交叉集成，研发的难度较大。国内对于电极锅炉技术的研究起步较晚，部分技术达不到需求，并且测试大功率电极锅炉的实验条件难以获得，给国内厂商研发、生产、制造电极锅炉带来了很大的困难。另一方面，在大规模技术引进之前，国内已采购和使用的电极锅炉均为海外品牌，并且已经形成产业链，部分厂商不得不通过寻求国际合作的方式来开拓国内市场。

基于以上原因，从本世纪初国内的部分企业开始谋求与海外厂商合作，通过引进尖端技术以及不断学习改进来开拓国内市场和进行技术积累。

图4 国内厂商技术路线分析

2.3技术革新

合作引进并不意味着完全照搬，当前与国外厂商建立良好合作关系的国内企业都是结合了国内的实际需求来进行技术改进。国内较为出名的浙江上能锅炉有限公司便是选择与加拿大ACME进行合作，上能没有延续ACME在国外的产品型号，而是结合国内实际开发出了一种新型的全浸没式结构电极锅炉(CEJS)，成为国内唯一一家能够把全浸没式电极式结构技术同时应用到高电压电极热水和蒸汽锅炉的厂家。

当然，国内部分厂商并没有选择与国外企业进行技术合作，而是选择了更加艰难的自主研发。杭州华源前线能源设备有限公司和山东北辰机电设备股份有限公司便是具有突出代表性的两家国内企业。在生产实践中不断实现技术突破革新，已经形成了自己的技术路线并不断突破自我，成为名副其实的国产领军企业。

虽然国内对于电极锅炉的研发较晚，在实际应用过程中仍然会遇到各种技术难题，但经过科研人员的不畏艰难，刻苦攻关，使得国内电极锅炉行业快速发展。表3整理了近年来国内部分企业在电极锅炉的生产研发过程中的技术发展情况。可以看出，无论是选择与国外厂商合作还是选择自主研发的国内企业都进行了专项技术攻关并取得了一定的成果，已经逐步形成产业体系。例如，华源前线专注于蓄能供热系统，拥有专利80余项，其产品在民用供暖、工业供热方面均得到了广泛地应用。山东北辰的主要产品高压电极锅炉蓄热/供热机组为自主研发产品，已被认定为国内技术领先水平。

表3 国内部分企业的技术研发现状

核心技术研发是企业赖以生存和进步的基础，在国内企业对高压电极锅炉蓄热产品的不断研发过程中，关键核心技术的积累使得国内企业能够保持较高的竞争力，拓展出更多的增量市场。随着储能产业的发展和技术的不断进步，国内对于电极锅炉蓄热系统的研究已经步入了新的阶段，各企业也在不断拓展蓄热产品路线，表4为国内部分企业的蓄热产品路线。

表4 国内部分企业的蓄热相关产品线

在已经商业化的电极锅炉储能蓄热技术中，“电极锅炉+水蓄热罐”无疑是近年来最热门的蓄热技术。相当一部分的企业已经不局限于水体蓄热，而是进行组合式发展，开发出固体蓄热、熔盐换热等技术路线。

综合来看，国内企业对于电极锅炉的关键技术领域进行了相关的技术突破，在高压电极锅炉的应用尤其是对蓄热调峰改造进行了相关的探索，并且已成功应用于项目之中，实现了技术路线的突破，有助于电极锅炉的大规模推广应用。

3.应用现状与前景

3.1当前应用现状

在碳中和目标大背景下，电极锅炉蓄热系统作为能够实现清洁能源消纳领域的核心技术，已得到深入推广，其安全、环保、操作简便的特点使得它在核电厂辅助蒸汽系统、蓄热供暖及火电厂灵活性改造等方面得到了广泛应用。

电极锅炉作为电厂辅助蒸汽系统的重要组成部分，在机组启停阶段电极锅炉辅助蒸汽系统进行减压处理，满足用户侧的需求。目前，国内除部分老型核电站外基本采用电锅炉，国际上在建、新建的核电站均采用电极锅炉作为启动锅炉使用。

碳中和背景下国家大力推进清洁供暖工程，加快国内能源体系的改革，在这种情况下电极锅炉蓄热系统在供暖领域得到了更为广泛的应用。其中，电极锅炉水蓄热供暖系统以高转换效率和普适性在全国范围内已经成功试点运行并投入工程应用，在新疆、青海等地已完成电极锅炉水蓄热系统的大规模推广应用。

高压电极锅炉+水蓄热罐方案是当前火电厂调峰改造的主要方式之一，它能够合理利用谷电实现能量转化，缓解电力系统的供应紧张的形式，进一步提升电力资源的使用效率。同时，其经济效益较为显著。

3.2未来应用前景

在国家能源局2021年发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中指出，储热技术已经被列入新型储能技术范畴。电极锅炉蓄热系统能够发挥储能技术的作用，支撑新能源大规模发展，有效提高可再生能源消纳比例、参与电力系统调峰蓄热、实现清洁能源供热以及提升农村用能电气化水平。

3.2.1消纳可再生能源

消纳问题一直是阻碍可再生能源发展的难题。随着碳达峰、碳中和目标的提出，可再生能源成为热点产业，可再生能源的消纳压力也日益增大。可再生能源难以消纳主要是因为自身具有随机性和不稳定性的特点，与电力系统要求的平稳和可靠性相矛盾。在这种情况下，电极锅炉蓄热系统作为新型储能装置成为了解决可再生能源消纳的关键。储能技术可以将随机波动能源变为友好能源，应用储能技术可以减缓新能源发电的随机性和波动性，优化电网结构配置。这种情况下，电极锅炉蓄热系统能够与新能源发电联合使用，将随机波动能源变为友好能源，有效减缓新能源发电的随机性和波动性，保障电网的安全运行。

3.2.2调峰蓄热

近年来，随着新能源发电规模的不断扩大，负荷峰谷差仍在持续增大，电力系统的调峰需求也在不断增加。当前，国内的电力供求十分紧张，现有的调峰资源不能够满足电网的调峰需求，导致各地机组被动参与调峰，限制了各地区机组的运行。

为缓解电网调峰压力，各地均提出了不同的应对措施。有专家指出，需要从“源-网-荷”3个方面来解决。从电网侧来讲，需要从结构上提高电网调峰能力，电极锅炉水蓄热作为新型储能技术，能够削弱用户间的热负荷关系，实现热电解耦，成为电网调峰优先考虑的一项技术。

电极锅炉水蓄热技术能够调节热电机组的热负荷，实现更大限度的机组供能。一般来讲，热电机组在供热期间常常由于用户侧的需求调整发电负荷。采用电极锅炉蓄热系统后，在采暖高峰期热电机组会保持较高的发电负荷，此时用于采暖抽汽供热的负荷不用调整到一个较低的水平，结合电极锅炉本身的供热量，完全能够满足用户侧的供热需求，从而优化电网资源的配置。这种新型储能系统在国内已经进行试点运行并取得了不错的经济效果。

3.2.3清洁供暖

我国三北地区风力资源丰富，十分有利于风力行业的发展。但是由于风电难以消纳，导致弃风现象异常严重，造成了严重的资源浪费现象。由于供暖期处于风季，是电网调峰最为困难的季节，于是在北方的冬季风力发电的出力能力受到严格地限制，风力发电在保证热电机组满足供热需求的情况下被迫停运。此外，传统燃油、燃煤锅炉的使用对环境造成严重污染，不符合碳中和理念，受到严格地限制。在这种情况下，部分地区特别是三北地区如何采暖，成为首要考虑的问题。

早在2013年，国家能源局就在吉林白城建立了以风力发电为基础的清洁能源供暖的试点工程，该项目采用高压电极锅炉与蓄热装置连用的系统，利用电网弃风的电力进行热电转化，将储存的热量进行供暖，实现了风能供暖。

与传统化石能源相比，电极锅炉蓄热系统不会造成任何的污染，而且由于热电转化效率极高，设备运行安全高效，完全可以实现清洁供暖。2019年7月，蓄热电锅炉供暖项目入选能源局《北方地区冬季清洁取暖典型案例汇编》，成为国家能源局大力推广使用的新型电取暖设备之一。这种供暖方式具有建设周期短、选址范围自由灵活等特点，有利于淘汰小型燃煤锅炉，适用于区域集中供暖。同时，由于电极锅炉本身还具有“即用即启、不用即停”的强适应能力，能够适应当前风电的不稳定性，成为集中供暖下优先考虑的补充供暖模式。

3.2.4农村电气化改革

虽然现有电极锅炉大多作为启动锅炉与核电等联合使用，但由于电极锅炉自身的广泛适用性，它不仅仅应用于联合储能系统，也可以作为能耗装置单独使用。

在国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》中提出实施“碳达峰十大行动”并重点强调要推进农村地区清洁取暖，提升农村用能电气化水平。在国家优化产业结构、淘汰落后产能的过程中，电极锅炉在产业能效水平的提升以及农村用能的低碳化转型中定会发挥出至关重要的作用。

电极锅炉由于启停之间的转换和它的变负荷的能力比较强，在微小型工业领域和农村分散式住户的供暖等方面仍然有着很大的应用空间。用户可以通过对电压电流的调整来控制热水/蒸汽产量，当用户对热水和蒸汽有使用需求时，电极锅炉能够快速地产出热水和蒸汽以满足需求；当用户不需要热水或蒸汽时，它能够保持较低负荷运行甚至直接停炉。在实现热电高效转化的同时不会对环境造成污染，符合碳达峰要求下我国农村的低碳转型要求，完全符合新形势下国家能源转型的重大战略需求。

4.存在的问题

4.1电极材料问题

难以研发制造高安全性的电极材料仍是国内电极锅炉厂商面临的主要难题。对于电极材料，特别是碳基材料或贵金属材料中部分金属元素，如：Au，Ag和Zn等为电极材料的组成成分时，在电流存在的条件下会发生电催化还原CO2的反应，最终生成的CO。

同时，还需考虑到炉内腐蚀、电化学反应及高温高压高湿环境对电极材料造成的影响，所以制备高压电极时材料的选择、组分的配比及处理工艺的选择犹为重要。在电极的制作过程中，完成电极棒核心部件的制作后，还需对电极棒表面进行镀层处理以强化表面材料的性能，优化电极的抗腐蚀氧化性能。

繁琐的制备步骤和极高的工艺要求对于国内制造商提出了新的调整。由于国内电极锅炉发展较晚，国内还没有相对成熟的高压电极制备的技术，核心电极材料仍需从瑞典、加拿大等国进口，难以独立生产制造高压电极锅炉。同时，受限于现有工艺水平，国内高尖端材料难以实现高精度量化生产，测试大功率电极锅炉的实验条件难以获得，仍需进行相应的技术攻关。

4.2绝缘瓷件问题

为了实现新的应用场景，电极锅炉的电压等级越来越高（35kV），锅炉内压也越来越高（8MPa）,传统的C120电瓷材料在运行过程中由于高温高压容易出现开裂现象，极大地缩短了绝缘瓷件的使用寿命，从而影响电极锅炉的正常运行。

醴陵市精格特种瓷有限公司针对这种现象，通过使用C610电瓷材料开发适配电极锅炉的绝缘瓷件，C610电瓷材料的高强度高导热性能有效地提高了瓷件的使用寿命，为电极锅炉的稳定运行提供实质性保障。

4.3水处理问题

基于电极锅炉独特的电流直接加热炉水的运行机理，电极锅炉内部的装置对于炉内水质的变化极其敏感，对于水质的要求极高，如果水质达不到要求会对电极锅炉运行稳定性和使用寿命造成很大的影响，因此需要采用加药的方式来对锅炉用水进行处理。

同传统燃煤、燃油锅炉相比，电极锅炉尤其是高压电极锅炉对于水质的要求会更高，传统的锅炉给水加药系统由于在参数调控方面具有延迟性，并且非常容易受到各种因素的干扰，导致在实际使用过程中效果并不理想，并不完全适用于电极锅炉，仍需要开展进一步地研究。

4.4腐蚀问题

同传统的火电锅炉一样，电极锅炉在运行过程中也面临着腐蚀问题。由于腐蚀过程比较缓慢，在锅炉运行初期并不明显，不会直接威胁到锅炉的安全运行，但是一旦腐蚀形成，将会直接影响到锅炉的运行，甚至引发安全事故。

对于锅炉高压电极腐蚀特性的研究，不仅要考虑到高温高压高湿环境，同时还需要考虑高压交流电对电极的腐蚀。关于高温高压高湿环境引起的腐蚀已有不少学者进行了研究，如：杨健乔、王树众等人研究了4种合金材料在700℃超临界水中的氧化行为；徐鸿、邓博等人研究了一种镍基合金在高温高压超临界水中的氧化特性。

目前，对于电极锅炉腐蚀问题尤其是交流腐蚀问题研究得较少。仅有郑重等人对不同条件下电极锅炉交流腐蚀的影响因素进行了分析，并且受限于实验条件分析时并未考虑到空气中氧气的干扰，实验电压受限，导致实验横向对比样本较少。现有对交流腐蚀的研究更侧重于地埋管道。如：姜子涛研究了交流线路与管道腐蚀及距离；刘凯峰分析了埋管地线的交流腐蚀现状。而对于宏观的腐蚀过程研究较少，并且已有的对交流腐蚀的研究并不适用于锅炉电极的交流腐蚀过程。因此，开展对高压电极交流腐蚀的基础研究就显得格外重要。

4.5析氢问题

虽然电极锅炉在调峰、供暖、储能等方面有着广泛的应用，但是其本身也存在着安全性问题———运行析氢。电极锅炉的基本原理是用高压电流来加热水以实现能量的转化，在这一过程中电极表面在高压作用下会伴随发生水的电解反应，交替的电流导致电极表面会间隔产生氢气与氧气。同时，由于电解水反应所需的电能很小，通常电位在2V及以上即可发生电解水的反应，故电解水反应贯穿电极锅炉运行的整个过程。

运行过程中产生的氢气若未及时排出，待其与氧气混合后，混合物会积聚在蒸汽发生器回路内。而氢气的爆炸极限是4.0%~75.6%，着火温度不小于585℃，最低引爆能量仅为0.02MJ。如果聚集的氢氧混合物中氢气达到爆炸极限，在进行炉内检修时若存在明火现在或产生静电条件则会引发爆炸。

目前，国内还没有电极锅炉运行析氢的解决方案。锅炉在检修时由于明火而造成爆炉的现象仍时有发生，对锅炉维修人员造成了严重的伤害。因此，如何处理可燃性气体保证系统安全持续运行是急需解决的难题。

5.建议发展方向

通过对于行业内普遍存在的问题的分析，明确了当前国内电极锅炉行业仍然面临着诸多的技术难题。这些困难并不是在短时间内能够攻克的，仍需技术经验的积累以及科技水平的提高。对此，提议在以下几个方面来进行专业技术攻关。

5.1电极材料和高压电极制备工艺

高压电极蒸汽发生器产业界急需攻关的方向是电转化为热的大型电极材料。目前，其仍严重依赖进口(如瑞典特种合金材料)，在国内的研究及应用处于空白。需要攻克高效电化学催化剂、复合电极及非石棉复合隔膜材料开发三大技术性难题，建立起能够制备符合国际标准电极的电极体系。

高压电极难以大规模生产制作的关键问题之一是其电化学催化剂问题。金属铂是一种非常理想高效的电化学催化剂，但是高昂的价格致使其难以实现电极的量产。有人提出将铂催化剂分散于不同的载体制成复合电极材料，但是在制作过程中不仅要考虑到催化剂的活性、尺寸和表面功能群等性状，还需要考虑到电子特性和磁化特性，这对于国内工艺技术提出了新的挑战。非石棉复合隔膜材料开发是电极制备行业面临的一个难题，其核心制备技术一直掌握在国外公司，国内目前还处于研究阶段，仍需开展进一步地研究。

5.2电极锅炉运行过程中离子检测与控制

为提高蒸汽发生器的安全系数，避免水介质中的电解水析氢反应的进行，在保证蒸汽发生器电流传导性满足运行需求的同时，需降低水中腐蚀炉体、促进析氢反应的金属离子含量。

为了控制蒸汽发生器水呈碱性、减少氧气与碳酸含量，需要对水进行软化和脱盐；同时，还需控制炉水中离子不能在炉内形成腐蚀或者水垢，且不能随着热水蒸汽发生器温度升高而有过高的反应活性。因此，建议在电极锅炉外部设置实时离子监测系统、除盐装置及加药剂量控制装置。

5.3高湿环境下H2高灵敏度检测

三相电机交流电作用下，因各种离子的存在使水中存在电子移动，电极表面在高压作用下会伴随发生水的电解反应，交替的电流导致电极表面会间隔产生氢气与氧气。如果产生的氢气达到爆炸极限，在进行炉内检修时，在明火或产生静电的情况下，会引燃氢氧混合物，发生爆炸。

因此，建议构建一套实时监测氢气化合气组分分析的系统，能够精准捕集氢气组分输出信号，并正向反馈给电极系统，进行参数调节响应，及时阻断析氢反应进行，严格控制氢气化合气成分比例低于爆炸极限。

5.4高压电极锅炉本体与安全防护系统

高压电极锅炉的加热功率调节主要是通过调节与电极的接触水量来实现的，即通过改变电极间的电阻实现电功率转换为热功率。高压电极采用浸没式，电极与炉水直接接触，加热功率可以在5%~100%范围内调节。

建议对锅炉的本体材料、金属筒体绝缘隔离的安全防护进行重点研究。对于筒体材料来说，一方面，要防止筒体中的碱性工质对筒体材料造成影响，包括盾体材质、进水管材质和升降设备材质选择等；另外一方面，需要做好安全绝缘保护，主要包括进出口介质管道、接地保护、高压电极绝缘及升降设备绝缘等。

在发生器运行安全方面，建议设置必要数量的安全阀，保护水被蒸干或者全部产生蒸汽的风险。对于整个锅炉运行系统需设置安全温度控制保护、压力控制保护、水量控制保护、漏电保护和产漏氢保护等安全保护系统。

6.总结与展望

对于电极锅炉的基本结构原理、当前行业现状、应用现状与前景以及当前存在的问题进行了分析，总结如下：

（1）我国电极锅炉企业已经从与海外厂家合作引进技术并改进的时期逐步过渡到通过自身技术突破在中/低压电极锅炉领域实现了自主生产制造，但是在高压电极锅炉方面仍然面临着诸多难题，还需要进一步地研究。

（2）电极锅炉作为核电站辅助启动锅炉，在机组启动及紧急停堆时发挥着不可替代的作用。“双碳”目标战略规划下，未来电极锅炉配合储热系统在消纳风力、光伏等可再生能源发电、储汽蓄热参与电网调峰、电热高效转换实现冬季清洁供暖与提高农村电气化水平等方面应用前景广阔。

（3）当前电极锅炉制造业普遍存在的问题在于水质、材料、腐蚀与析氢4个方面。高压电极锅炉对于水质要求极高，传统的锅炉给水加药系统并不完全适用；高压电极材料仍然严重依赖进口国内仍难以实现自主大规模量产；国内有关电极锅炉腐蚀尤其交流腐蚀问题的研究受实验条件限制，发展缓慢；运行过程中电解反应产生的H₂，CO等可燃性气体处理是系统安全持续运行急需解决的难题。

解决当前我国电极锅炉行业面临难题，建议从以下几方面技术进行重点突破：

（1）需攻克高效电化学催化剂、复合电极及非石棉复合隔膜材料开发3大难关，制备达到国家和行业标准的高压电极。

（2）揭示H₂，CO的生成规律并研发抑制技术与高效处理装置。

（3）构建实时监测氢气化合气组分分析系统，以应对运行过程重大高湿环境对于H₂高灵敏度检测所造成的影响。

（4）重点研究电极锅炉的本体材料、金属筒体绝缘隔离的安全防护，构建高压电极蒸汽发生器本体与安全保护系统。

注：原文作者为王昊、董鹤鸣、杜谦、魏国华。编者有所改动。