CN103693761A

CN103693761A - 一种用于船舶锅炉循环水处理的电解除垢装置

Info

Publication number: CN103693761A
Application number: CN201410003319.XA
Authority: CN
Inventors: 潘新祥; 杨少龙; 董景明
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2014-01-03
Filing date: 2014-01-03
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2034-01-03
Also published as: CN103693761B

Abstract

本发明公开了一种用于船舶锅炉循环水处理的电解除垢装置，包括减速电机、进水阀、出水阀、排污阀、换向器、刮刀、圆盘式平板电极、沉淀槽、导电率检测电极、水垢控制器、圆柱形桶、沉淀槽、旋转轴、滑环和轴套；所述的圆盘式平板电极共有六对，分别顺次固定在旋转轴上，其中前五对圆盘式平板电极通过导线与换向器连接，形成多级串联式处理结构，最后一对圆盘式平板电极作为导电率检测电极，通过导线与水垢控制器连接。本发明采用多级串联式平板电极能有效增大电化学反应接触面积，提高单位时间的除垢率，同时缩小装置体积，提高空间利用率。本发明采集处理后水的硬度，形成闭环控制，自动反馈调整电解电压，操作简便且有效降低整个装置的能耗。

Description

一种用于船舶锅炉循环水处理的电解除垢装置

技术领域

本发明涉及船舶锅炉结垢处理技术领域，特别是一种用于船舶锅炉循环水处理的电解除垢装置。

背景技术

船用锅炉是供应蒸汽推进船舶的蒸汽动力机械和加热用的重要船用设备，其用水主要来源于岸基淡水和造水机蒸馏水，水中溶解的无机盐成分会在锅炉传热面上产生水垢及泥渣，影响锅炉正常运行。

船用锅炉结垢将会严重降低设备的换热效率，据统计，锅炉壁面因结垢导致传热热阻增加30％之多。由于局部结垢厚度不同，也会造成炉壁受热不均，有产生裂纹，甚至爆炸的危险。而且结垢成分与金属壁面容易形成微电池，产生电化学腐蚀，降低炉胆强度。因此，船舶营运过程中需要定期化验炉水并投药处理，不仅操作复杂，增加成本，而且化学药剂也会一定程度上造成二次污染。同时，每年锅炉都需要开炉除垢，才能有效去除炉胆内表面附着的硬质垢层，不仅增加了轮机员工作量，而且影响了船舶营运。

综上，当前除垢方法如化学除垢、机械除垢、电化学除垢等方法存在除垢效果有限、工作量大、操作复杂、二次污染、成本高中的一个或多个问题。如：中国专利ZL94105171.4公开的《除垢剂及其制备工艺》，采用化学除垢，酸洗对金属腐蚀较重，成本高，对环境造成二次污染。中国专利ZL201120541758.8公开的《自动排污阀》，结构较为简单，但仅能去除沉积在炉膛内析出的污泥和漂浮物，不能排出附着在炉体表面的硬质水垢。中国专利ZL200480043882.4公开的《冷却水循环装置及其水垢去除方法》，电解除垢效率不高，装置体积较大，不适合船舶安装需求。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种除垢效率高、工作量小、操作简单、无二次污染且成本低的用于船舶锅炉循环水处理的电解除垢装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于船舶锅炉循环水处理的电解除垢装置，包括减速电机、进水阀、出水阀、排污阀、换向器、刮刀、圆盘式平板电极、沉淀槽、导电率检测电极、水垢控制器、圆柱形桶、沉淀槽、旋转轴、碳刷、滑环和轴套；

所述的旋转轴通过轴承安装在圆柱形桶的中心线上，旋转轴的一端与减速电机连接、另一端与水垢控制器连接；减速电机带动旋转轴缓慢转动，从而带动圆盘式平板电极缓慢转动；

所述的圆柱形桶底部连接沉淀槽，所述的圆柱形桶和沉淀槽构成壳体，所述的壳体内表面涂衬环氧树脂层，防止在壳体的底部和侧面附着水垢，同时具有防腐作用；

所述的圆盘式平板电极共有六对，分别顺次固定在旋转轴上，其中前五对圆盘式平板电极通过导线与换向器连接，形成多级串联式处理结构，最后一对圆盘式平板电极作为导电率检测电极，通过导线与水垢控制器连接；所述的刮刀固定在圆柱形桶底部，其刀面紧贴每个圆盘式平板电极的两侧；随着圆盘式平板电极的缓慢转动，刮刀清除圆盘式平板电极表面集聚的水垢；

所述的换向器的定子端碳刷与水垢控制器通过电缆连接，转子端滑环通过燕尾槽镶嵌在轴套上，轴套固定在旋转轴上；通过碳刷与滑环完成电极切换，实现圆盘式平板电极的定时颠倒极性，从而使每对圆盘式平板电极的结垢量和消耗量尽量保持一致，最终减少电极的损耗。

本发明所述的进出水阀分别安装在装置的进水管和出水管路上；所述的排污阀安装在壳体底部沉淀槽的出水管路上。

本发明的工作原理如下：

本发明安装在船舶锅炉循环水系统热水井之后，锅炉给水泵之前，通过角钢支架固定在机舱花铁板上。循环水从热水井流出经过进水阀进入壳体内部，依次经过五对圆盘式平板电极电解反应之后，到达导电率检测电极。水垢控制器通过检测导电率检测电极的电阻变化情况，分析出当前水的硬度值，实时显示结果，并且根据水的硬度要求输出适合的直流电压反馈到换向器端，从而形成闭环水垢处理系统。

当沉淀槽水垢积累到一定厚度时，关闭水垢控制器电源，关闭进水阀和出水阀，打开排污阀，沉淀在圆柱形桶和沉淀槽内的水垢伴随着壳体内剩余循环水一起排出。排污完毕，重新关闭排污阀，打开进水阀和出水阀，打开水垢控制器电源，恢复设备正常运转工作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、目前已有技术是仅使用一对圆柱形电极，电解反应面积较小，效率不高。相比之下，本发明采用多级串联式平板电极能有效增大电化学反应接触面积，提高单位时间的除垢率，同时缩小装置体积，提高空间利用率。

2、传统的电解除垢装置仅选择电极换向或者机械清理两种方法之一来解决电极结垢问题，不能彻底清除垢层，效率降低。本发明通过旋转电极，有效结合了电极换向和机械刮垢的清理方式，提高电极表面清洁度，始终保持高效电解作业，彻底清除极板表面附着水垢。

3、现有技术未能采用有效的自动化控制策略，没有根据反馈循环水的硬度来调节电极电解电压，从而一定程度上造成电能的浪费。本发明采集处理后水的硬度，形成闭环控制，自动反馈调整电解电压，操作简便且有效降低了整个装置能耗。

4、由于本发明利用了电化学电解反应原理，采用了电解除垢方式，不需投药酸洗等化学除垢，实现了无二次污染的环保除垢目的。

附图说明

本发明共有附图5张，其中：

图1是船用锅炉循环水电解除垢装置结构示意图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是图1的侧视图。

图4是图3的B-B剖面图。

图5是换向器局部结构示意图。

图中：1.减速电机，2.进水阀，3.出水阀，4.排污阀，5.沉淀槽，6.水垢控制器，7.圆柱形桶，8.角钢支架，9.换向器，10.圆盘式平板电极，11.导电率检测电极，12.旋转轴，13.刮刀，14.碳刷，15.滑环，16.轴套。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细阐述。如图1-5所示，一种用于船舶锅炉循环水处理的电解除垢装置，包括减速电机1、进水阀2、出水阀3、排污阀4、换向器9、刮刀13、圆盘式平板电极10、沉淀槽5、导电率检测电极11、水垢控制器6、圆柱形桶7、沉淀槽5、旋转轴12、碳刷14、滑环15和轴套16；

所述的旋转轴12通过轴承安装在圆柱形桶7的中心线上，旋转轴12的一端与减速电机1连接、另一端与水垢控制器6连接；减速电机1带动旋转轴12缓慢转动，从而带动圆盘式平板电极10缓慢转动；

所述的圆柱形桶7底部连接沉淀槽5，所述的圆柱形桶7和沉淀槽5构成壳体，所述的壳体内表面涂衬环氧树脂层，防止在壳体的底部和侧面附着水垢，同时具有防腐作用；

所述的圆盘式平板电极10共有六对，分别顺次固定在旋转轴12上，其中前五对圆盘式平板电极10通过导线与换向器9连接，形成多级串联式处理结构，最后一对圆盘式平板电极10作为导电率检测电极11，通过导线与水垢控制器6连接；所述的刮刀13固定在圆柱形桶7底部，其刀面紧贴每个圆盘式平板电极10的两侧；随着圆盘式平板电极10的缓慢转动，刮刀13清除圆盘式平板电极10表面集聚的水垢；

所述的换向器9的定子端碳刷14与水垢控制器6通过电缆连接，转子端滑环15通过燕尾槽镶嵌在轴套16上，轴套16固定在旋转轴12上；通过碳刷14与滑环15完成电极切换，实现圆盘式平板电极10的定时颠倒极性，从而使每对圆盘式平板电极10的结垢量和消耗量尽量保持一致，最终减少电极的损耗。

本发明所述的进出水阀3分别安装在装置的进水管和出水管路上；所述的排污阀4安装在壳体底部沉淀槽5的出水管路上。

本发明的工作原理如下：

本发明安装在船舶锅炉循环水系统热水井之后，锅炉给水泵之前，通过角钢支架8固定在机舱花铁板上。循环水从热水井流出经过进水阀2进入壳体内部，依次经过五对圆盘式平板电极10电解反应之后，到达导电率检测电极11。水垢控制器6通过检测导电率检测电极11的电阻变化情况，分析出当前水的硬度值，实时显示结果，并且根据水的硬度要求输出适合的直流电压反馈到换向器9端，从而形成闭环水垢处理系统。

当沉淀槽5水垢积累到一定厚度时，关闭水垢控制器6电源，关闭进水阀2和出水阀3，打开排污阀4，沉淀在圆柱形桶7和沉淀槽5内的水垢伴随着壳体内剩余循环水一起排出。排污完毕，重新关闭排污阀4，打开进水阀2和出水阀3，打开水垢控制器6电源，恢复设备正常运转工作。

本发明利用电化学电解反应原理，在电解反应室即壳体内分别制造一个阳极区氧化反应环境和阴极区还原反应环境，让水垢在阴极表面析出，并采用刮刀13自动去除阴极表面的水垢。

阴极化学反应

在阴极区形成高浓度的氢氧根：2H₂O+2e→H₂+2OH^-，这种升高的pH环境（pH大约为13），让易结垢的矿物质预先结垢。主要用来去除水中的钙、镁离子。

CO₂+OH^-→HCO₃ ^-，HCO₃ ^-+OH^-→CO₃ ^2-+H₂O，OH^-、CO₃ ^2-与Ca²⁺形成氢氧化钙Ca(OH)₂(垢)、碳酸钙CaCO₃(垢)。

阳极化学反应

在阳极区域，电流将水中的氯离子转化成杀菌剂游离氯：Cl^--e→Cl₀，同时产生臭氧：O₂+2HO^--2e→O₃，达到杀菌灭藻的功能。

本发明在电解反应室布置了数对相互间隔100mm的圆盘式平板电极10，一方面增大电化学反应面积缩小装置体积，另一方面串联多级提高脱盐效果。所有电极安装在由减速电机1带动的转轴上，通过换向器9给电极供电，并周期性切换电极极性，减少电极上水垢的附着。另外，转动的电极经过刮刀13进一步清洁，彻底清除电极表面水垢，从而始终保持高效的电解反应过程。

本发明在电解反应室末端安装一对检测电极，反馈给水垢控制器6循环水导电率信息，从而调整电极电压，实现实时监控循环水硬度，有效降低锅炉结垢。

Claims

1.一种用于船舶锅炉循环水处理的电解除垢装置，其特征在于：包括减速电机（1）、进水阀（2）、出水阀（3）、排污阀（4）、换向器（9）、刮刀（13）、圆盘式平板电极（10）、沉淀槽（5）、导电率检测电极（11）、水垢控制器（6）、圆柱形桶（7）、沉淀槽（5）、旋转轴（12）、碳刷（14）、滑环（15）和轴套（16）；

所述的旋转轴（12）通过轴承安装在圆柱形桶（7）的中心线上，旋转轴（12）的一端与减速电机（1）连接、另一端与水垢控制器（6）连接；减速电机（1）带动旋转轴（12）缓慢转动，从而带动圆盘式平板电极（10）缓慢转动；

所述的圆柱形桶（7）底部连接沉淀槽（5），所述的圆柱形桶（7）和沉淀槽（5）构成壳体，所述的壳体内表面涂衬环氧树脂层，防止在壳体的底部和侧面附着水垢，同时具有防腐作用；

所述的圆盘式平板电极（10）共有六对，分别顺次固定在旋转轴（12）上，其中前五对圆盘式平板电极（10）通过导线与换向器（9）连接，形成多级串联式处理结构，最后一对圆盘式平板电极（10）作为导电率检测电极（11），通过导线与水垢控制器（6）连接；所述的刮刀（13）固定在圆柱形桶（7）底部，其刀面紧贴每个圆盘式平板电极（10）的两侧；随着圆盘式平板电极（10）的缓慢转动，刮刀（13）清除圆盘式平板电极（10）表面集聚的水垢；

所述的换向器（9）的定子端碳刷（14）与水垢控制器（6）通过电缆连接，转子端滑环（15）通过燕尾槽镶嵌在轴套（16）上，轴套（16）固定在旋转轴（12）上；通过碳刷（14）与滑环（15）完成电极切换，实现圆盘式平板电极（10）的定时颠倒极性，从而使每对圆盘式平板电极（10）的结垢量和消耗量尽量保持一致，最终减少电极的损耗。

2.根据权利要求1所述的一种用于船舶锅炉循环水处理的电解除垢装置，其特征在于：所述的进出水阀（3）分别安装在装置的进水管和出水管路上；所述的排污阀（4）安装在壳体底部沉淀槽（5）的出水管路上。