CN107289432A - 一种电极式蒸汽锅炉及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电极式蒸汽锅炉及其工作方法，包括炉体，所述炉体的上部是存汽空间，所述炉体的下部容纳炉水，所述炉体上设置有补水管和主汽阀，其特征在于，还包括设置在所述炉体上部的中心筒，高压电极用于加热的部分浸没在所述中心筒内的水中；所述中心筒与所述炉体下部之间设置有水循环系统。所述水循环系统包括循环水泵、循环管路、中心筒底部进水管和中心筒落水管；所述循环管路一端和所述炉体下部连通，所述循环管路另一端和所述中心筒底部进水管连通，所述循环水泵设置在循环管路上，所述中心筒落水管上设置有阀门。本发明因锅炉的汽空间大，输出的蒸汽带水率低，品质高。高压电极下部浸没在中心筒内的水中，安全、可靠、稳定、效率高。

Description

一种电极式蒸汽锅炉及其工作方法

技术领域

本发明属于锅炉技术领域，具体涉及一种电极式蒸汽锅炉及其工作方法。

背景技术

随着国家节能减排政策的落实，新能源发展迅速，国内建立了一大批太阳能、风能等清洁能源。同时，由于国家对高耗能产业进行了改造，对一些落后产能进行了淘汰，使得我国对能源的需求在一定程度上也逐渐减少，因此近几年我国对电力的需求增长缓慢，造成我国北方地区的弃光、弃风现象严重。如何对这些弃光弃风进行消纳，国家出台了相关优惠政策。同时为了降低排放，减少雾霾，全国各地逐步淘汰高污染的燃煤锅炉，要求改用清洁能源。

电锅炉是一种零排放的热能设备。目前的电锅炉主要采用380V低压电，电热管加热方式，此种加热方式制约了锅炉的总功率，单台设备的加热功率一般不超过3MW。而且低压电源需要配置变压器、高低压配电柜等设备，电力系统的投资大，且电力损耗大。

电极式蒸汽锅炉是一种大功率的电锅炉，可以为用户提供蒸汽，也可以提供热水（通过换热设备）。利用电极式蒸汽锅炉为用户提供采暖或者生产用蒸汽，是风光消纳的一种较好方案。电极式蒸汽锅炉是零排放的热能设备，其单台设备的加热功率可达到几十兆瓦，可大大节省用户的投资。专利号为ZL200920117992.0的专利公开了一种电极式蒸汽锅炉，该锅炉为喷射式结构，该专利中利用喷水筒向高压电极和反电极喷水，从而对水进行加热汽化。但该专利高压电极和反电极完全暴露在水外，稳定性、可靠性差，存在极大地安全隐患。具体的，喷射式电极锅炉主要存在以下问题：

1）炉水电导率很高，是浸没式电极锅炉的几十倍，在加热过程中容易产生电解。

2）锅炉加热为星型接法，炉体为中心点，存在较大漏电流，必须采用隔离变压器，否则无法运行。

3）锅炉三相不平衡，炉体存在一定的漏电流，若炉体接地出现故障，将出现安全事故。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明设计了一种电极式蒸汽锅炉及其工作方法，利用6～20kV高压电直接加热炉水产生热量，从而安全、可靠的为用户提供稳定的蒸汽。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种电极式蒸汽锅炉，包括炉体，所述炉体的上部是存汽空间，所述炉体的上部设置有主汽阀，所述炉体的下部容纳炉水，还包括设置在所述炉体上部的中心筒，高压电极用于加热的部分浸没在所述中心筒内的水中；所述中心筒与所述炉体下部之间设置有水循环系统。

进一步，所述高压电极的接线端设置在所述炉体顶端外部，所述高压电极的下部直接浸没在所述中心筒内的水中。

进一步，所述高压电极有一组或多组；所述高压电极是三相电极。

进一步，所述水循环系统包括循环水泵、循环管路、中心筒底部进水管和中心筒落水管；所述循环管路一端和所述炉体下部连通，所述循环管路另一端和所述中心筒底部进水管连通，所述循环水泵设置在循环管路上。

进一步，所述循环管路上还设置了电导率检测仪。

进一步，所述循环水泵设置在所述循环管路上且位于与所述炉体下部的连接端附近。

进一步，所述中心筒落水管设置在所述中心筒底部，所述中心筒落水管上设置有阀门。

进一步，所述阀门通过连杆装置控制，所述连杆装置的转动机构设置在所述炉体外部，所述连杆装置的连杆和所述阀门连接。

进一步，所述主汽阀设置在所述炉体的顶部。

进一步，所述炉体上还设置有补水管，所述补水管设置在炉体的下部，所述补水管上设置有给水泵。

进一步，所述炉体的下部还设置有加液管，加液管上设置有加液泵以加入电解液调节炉水电导率。

进一步，所述炉体上还设置有排污阀，所述排污阀设置在所述炉体的底部。

一种电极式蒸汽锅炉的工作方法，（1）主汽阀关闭，先开启中心筒与炉体下部之间设置的水循环系统，将电极式蒸汽锅炉炉体下部的水通过循环水泵抽出，经循环管路、管道阀门、中心筒底部进水管，输出至炉体上部的中心筒；

（2）打开高压电源直接给高压电极通电，加热中心筒中的水，加热功率可调；

（3）中心筒中的水加热后，打开中心筒落水管上的阀门，热水通过中心筒落水管落入炉体的下部；炉水经此水循环系统循环往复加热，水温不断上升，部分水蒸发成蒸汽存储于炉体上部的存汽空间；

（4）当蒸汽量越来越多，蒸汽压力达到额定参数时，逐步打开主汽阀向外输出蒸汽。

进一步，所述高压电源的电压采用6～20kV。

进一步，炉水在循环往复加热过程中，通过调节电极浸没深度，也即中心筒液位高度，和/或炉水电导率来调节加热功率。

进一步，中心筒液位高度的调节：根据锅炉的蒸汽压力信号，通过调节循环水泵的水流量来调节中心筒液位高度，循环水泵流量大，则液位上升加热功率提高，反之则液位下降加热功率降低。

进一步，炉水电导率的调节：通过炉体下部加液管上的加液泵加入电解液的方式来调节炉水电导率；电导率不足时，加入电解液，反之则关闭加液泵，打开排污阀排出高电导率的炉水，然后打开补水管上的给水泵补入新鲜纯水。

该电极式蒸汽锅炉及其工作方法具有以下有益效果：

（1）本发明直接采用高压电源6～20kV进行加热，无需选用变压器变压成380V的低压电，也无需采用隔离变压器，节约成本。

（2）本发明单台设备的加热功率可达几十兆瓦，而设备体积小巧；且加热功率可调。

（3）本发明锅炉水容积小，上压快，启动迅速，15分钟即能达到额定参数。

（4）本发明蒸汽输出品质高。本发明采用浸没式结构，在加热过程中不容易产生电解。因本锅炉炉水的电导率低，锅炉的汽空间大，输出的蒸汽带水率低。蒸汽中的钠离子含量低于5μg/kg；氢电导率（25℃）低于0.3μS/cm。

（5）本发明中，高压电极下部浸没在中心筒内的水中，安全、可靠、稳定、效率高。

附图说明

图1：本发明电极式蒸汽锅炉一实施方式的结构示意图。

附图标记说明：

1—炉体；2—循环水泵；3—循环管路；4—中心筒底部进水管；5—高压电极；6—中心筒；7—中心筒落水管；8—主汽阀。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明：

图1示出了本发明一种电极式蒸汽锅炉的一种实施方式。图1为该实施方式中电极式蒸汽锅炉的结构示意图。如图1所示，电极式蒸汽锅炉包括炉体1、高压电极5和中心筒6。炉体1的上部存在一定的存汽空间，炉体1的下部容纳炉水。中心筒6设置在炉体1的上部,中心筒6悬挂在炉体1的上部，并与炉体1绝缘隔离。高压电极5的上端接线端设置在炉体1的顶端外部，高压电极5用来加热的下部直接浸没在中心筒6内的水中。中心筒6与炉体1下部之间设置有水循环系统。炉体1上还设置有补水管（附图中未画出）、加液管（附图中未画出）、排污阀（附图中未画出）和主汽阀8。

水循环系统包括循环水泵2、循环管路3、中心筒底部进水管4和中心筒落水管7；循环管路3一端和炉体1下部水连通，循环管路3另一端和中心筒底部进水管4连通，循环水泵2设置在循环管路3上与炉体1下部的连接端。中心筒落水管7设置在中心筒6底部，中心筒落水管7上设置有阀门。

高压电极5有一组或多组。高压电极5有多组时，多组高压电极5均匀分布且其下部浸没在中心筒6内的水中。高压电极5是三相电极。

补水管设置在炉体1的下部，补水管上设置有给水泵。主汽阀8设置在炉体1的上部，本实施例中，主汽阀8设置在炉体1的顶部。加液管设置在炉体1的下部，加液管上还设置有加液泵以加入电解液调节炉水电导率。排污阀设置在炉体1的底部。

工作时，电极式蒸汽锅炉的炉体1下部的水通过循环水泵2抽出，经循环管路3、经管道阀门、中心筒底部进水管4，输出至锅炉上部的中心筒6。锅炉顶部均匀设置了高压电极5，高压电极5的下端直接浸没在中心筒6的水中，电极连接高压电源通电即可加热。中心筒6中的水加热后，通过设置在炉体上的连杆装置，只要转动炉体外部的转动机构，就能转动连杆，从而调节阀门的开度，打开中心筒落水管7上的阀门，热水通过中心筒落水管7落入炉体1的下部。如此循环往复，锅炉内的水温不断上升，直至部分水蒸发成蒸汽。由于主汽阀8是关闭的，随着加热的继续深入，蒸汽量也越来越多，蒸汽压力也逐步提高，直至达到额定参数。蒸汽达到额定参数，即可逐步打开主汽阀8向外输出蒸汽。

电极式蒸汽锅炉加热功率的大小与高压电极5的形状、高压电极5浸没水中的深度、炉水的电导率、水温、加热电源电压等因素有关。在使用过程中可以通过调节电极浸没深度，也即中心筒液位高度，和/或炉水电导率来调节加热功率。

中心筒液位高度调节：通过调节循环水泵2的水流量来调节中心筒液位高度，循环水泵2流量大，则液位上升，反之则下降。液位高度调节是根据锅炉的蒸汽压力信号来实现的。当用户用汽量增大，在加热功率不变的情况下，蒸汽压力会下降。为了维持锅炉压力，则必须提升中心筒液位高度，增大加热功率。反之则降低中心筒液位高度，减小加热功率。

电极锅炉所使用的水是低电导率的纯水，电导率在一定的范围内才能正常使用。随着电导率的提高，电加热功率会升高，反之会下降。因此在一定的范围内，可以通过炉体1下部加液管上的加液泵加入电解液的方式来调节炉水电导率，从而调节加热功率。本实施例中，在水循环管路上设置了电导率检测仪（附图中没显示），实时检测炉水的电导率。

本发明设计出了一种电极式蒸汽锅炉，加热电源为6～20kV的高压电，电极直接浸没在需要加热的“纯水”中，从而实现几十兆瓦的加热功率，输出几十吨每小时的蒸汽。安全、稳定、蒸汽品质高，可以满足绝大多数用户的用汽要求。

本发明直接采用高压电源6～20kV进行加热，无需选用变压器变压成380V的低压电，也无需采用隔离变压器。

本发明单台设备的加热功率可达几十兆瓦，而设备体积小巧。

本发明锅炉水容积小，上压快，启动迅速，15分钟内即能达到额定参数。

本发明蒸汽输出品质高。因本锅炉的炉水电导率低，锅炉的汽空间大，输出的蒸汽带水率低。蒸汽中的钠离子含量低于5μg/kg；氢电导率（25℃）低于0.3μS/cm。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种电极式蒸汽锅炉，包括炉体，所述炉体的上部是存汽空间，所述炉体的上部设置有主汽阀，所述炉体的下部容纳炉水，其特征在于，还包括设置在所述炉体上部的中心筒，高压电极用于加热的部分浸没在所述中心筒内的水中；所述中心筒与所述炉体下部之间设置有水循环系统。

2.根据权利要求1所述的电极式蒸汽锅炉，其特征在于，所述高压电极的接线端设置在所述炉体顶端外部，所述高压电极的下部直接浸没在所述中心筒内的水中。

3.根据权利要求1或2所述的电极式蒸汽锅炉，其特征在于，所述高压电极有一组或多组；所述高压电极是三相电极。

4.根据权利要求1或2所述的电极式蒸汽锅炉，其特征在于，所述水循环系统包括循环水泵、循环管路、中心筒底部进水管和中心筒落水管；所述循环管路一端和所述炉体下部连通，所述循环管路另一端和所述中心筒底部进水管连通，所述循环水泵设置在循环管路上，所述中心筒落水管上设置有阀门。

5.根据权利要求4所述的电极式蒸汽锅炉，其特征在于，所述循环管路上还设置了电导率检测仪。

6.根据权利要求4所述的电极式蒸汽锅炉，其特征在于，所述阀门通过连杆装置控制，所述连杆装置的转动操作机构设置在所述炉体外部，所述连杆装置的连杆和所述阀门连接。

7.根据权利要求1至6任一所述的电极式蒸汽锅炉，其特征在于，所述炉体上还设置有补水管，所述补水管设置在炉体的下部，所述补水管上设置有给水泵。

8.根据权利要求1至6任一所述的电极式蒸汽锅炉，其特征在于，所述炉体的下部还设置有加液管，加液管上设置有加液泵以加入电解液调节炉水电导率；所述炉体上还设置有排污阀，所述排污阀设置在所述炉体的底部。

9.一种电极式蒸汽锅炉的工作方法，其特征在于，

（1）主汽阀关闭，先开启中心筒与炉体下部之间设置的水循环系统，将电极式蒸汽锅炉炉体下部的水通过循环水泵抽出，经循环管路、管道阀门、中心筒底部进水管，输出至炉体上部的中心筒；

（2）打开高压电源直接给高压电极通电，加热中心筒中的水，加热功率可调；

（3）中心筒中的水加热后，打开中心筒落水管上的阀门，热水通过中心筒落水管落入炉体的下部；炉水经此水循环系统循环往复加热，水温不断上升，部分水蒸发成蒸汽存储与炉体上部的存汽空间；

（4）当蒸汽量越来越多，蒸汽压力达到额定参数时，逐步打开主汽阀向外输出蒸汽。

10.根据权利要求9所述的电极式蒸汽锅炉的工作方法，其特征在于，所述高压电源的电压采用6～20kV。

11.根据权利要求9所述的电极式蒸汽锅炉的工作方法，其特征在于，炉水在循环往复加热过程中，通过调节电极浸没深度，也即中心筒液位高度，和/或炉水电导率来调节加热功率。

12.根据权利要求11所述的电极式蒸汽锅炉的工作方法，其特征在于，中心筒液位高度的调节：根据锅炉的蒸汽压力信号，通过调节循环水泵的水流量来调节中心筒液位高度，循环水泵流量大，则液位上升加热功率提高，反之则液位下降加热功率降低。

13.根据权利要求11所述的电极式蒸汽锅炉的工作方法，其特征在于，炉水电导率的调节：通过炉体下部加液管上的加液泵加入电解液的方式来调节炉水电导率；电导率不足时，加入电解液，反之则关闭加液泵，打开排污阀排出高电导率的炉水，然后打开补水管上的给水泵补入新鲜纯水。