CN110631259A - 一种电极式热水锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电极式热水锅炉，包括与锅炉绝缘进水管和锅炉绝缘出水管连通的锅炉炉筒，锅炉炉筒的内部设置有锅炉布水器，上方设置有下部固定绝缘筒和上部固定绝缘筒，在上部固定绝缘筒和下部固定绝缘筒之间设置有相电极，外部同心套装有零电极；在相电极和零电极之间设置有能够上下移动的移动绝缘调节筒，冷炉水自电极式热水锅炉下部的锅炉绝缘进水管进入，经锅炉布水器和下部固定绝缘筒进入相电极的外侧，自相电极与上部固定绝缘筒和下部固定绝缘筒之间的空间四散流出，冷炉水在流经相电极和零电极之间时，因炉水自身电阻的存在而产生发热效应，移动绝缘调节筒上下移动时能够调节相电极和零电极之间的水的电阻，从而调节发热功率。

Description

一种电极式热水锅炉
技术领域
本发明涉及锅炉技术领域，具体涉及一种电极式热水锅炉。
背景技术
目前，国内东北、西北、新疆等区域陆续出台了电蓄热调峰项目的相关政策，部分区域相继出台了电蓄热供暖项目的相关政策，电极锅炉被大批量采用，然而，电极锅炉市场被外资企业长期占据，国内产品参差不齐，差强人意。
现有技术中，当前电极锅炉产品主要采用多根棒状电极，结构复杂，安装工程量大、调整困难，且锅炉内要充装惰性气体，并定期补充，运行成本高、操作量大。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种电极式热水锅炉，该电极式热水锅炉结构紧凑，锅筒体积小，安装、布置方便；热负荷调节范围大(可达5％-100％)，迅速(从温态到满负荷时间约15分钟)；该电极式热水锅炉内满水运行，无需充装惰性气体；运行安全，无锅炉干烧风险；运行电压范围宽，可达1-20kV。
本发明所述的电极式热水锅炉包括锅炉炉筒，所述的锅炉炉筒分别与锅炉绝缘进水管和锅炉绝缘出水管连通；所述的锅炉炉筒的内部设置有锅炉布水器，所述的锅炉布水器的上方设置有下部固定绝缘筒，所述的下部固定绝缘筒的上方设置有上部固定绝缘筒，在所述的上部固定绝缘筒和下部固定绝缘筒之间设置有相电极，在所述的相电极的外部同心套装有圆筒形结构的零电极；在所述的相电极和零电极之间设置有圆筒形的移动绝缘调节筒，所述的移动绝缘调节筒能够上下移动；冷炉水自所述的电极式热水锅炉下部的锅炉绝缘进水管进入，经锅炉布水器和下部固定绝缘筒进入相电极的外侧，自相电极与上部固定绝缘筒和下部固定绝缘筒之间的空间四散流出，冷炉水在流经相电极和零电极之间时，因炉水自身电阻的存在而产生发热效应，所述的移动绝缘调节筒上下移动时能够调节相电极和零电极之间的水的电阻，从而调节发热功率。
所述的电极式热水锅炉包括伺服机构、绝缘筒升降机构和绝缘筒升降机构伺服传动杆，所述的伺服机构通过绝缘筒升降机构伺服传动杆与绝缘筒升降机构连接，所述的绝缘筒升降机构与移动绝缘调节筒连接，所述的伺服机构通过绝缘筒升降机构伺服传动杆和绝缘筒升降机构控制移动绝缘调节筒，使得移动绝缘调节筒能够停在相电极和零电极之间的任意地点，该电锅炉的负荷调节特性为5％-100％功率无级调节。
所述的锅炉布水器位于锅炉绝缘进水管的出口的上方。
所述的相电极采用圆筒形结构，相电极的数量可以为每相1只或更多，相电极的两端用弧形堵板封好，相电极为中空结构，相电极上下端部分别开孔，所述的相电极上端设连接件，该连接件通过螺纹与电极导电杆相连，电极导电杆与锅炉炉筒间采用陶瓷套管配以石墨盘根做绝缘密封处理。
所述的相电极材质采用Q345钢材或铜。
所述的相电极外部覆以导电防腐涂层。
所述的电极导电杆的外部套设有绝缘瓷套，所述的绝缘瓷套与锅炉炉筒之间通过瓷套机械密封装置密封连接；所述的电极导电杆穿过绝缘瓷套后在锅炉炉筒的外部与电源母线电连接。
所述的绝缘筒升降机构与锅炉炉筒之间通过绝缘筒升降机构机械密封装置密封连接。
所述的零电极采用圆筒形结构，零电极的材质与相电极相同，零电极与相电极同心套装于相电极外部，三相零电极用铁板相连，零电极的电极筒的高度与相电极相当，根据工作电压的不同，相电极与零电极间距为100-400mm。
上部固定绝缘筒、下部固定绝缘筒和移动绝缘调节筒的材质选用PPH、PVDF或陶瓷材质。
与现有技术相比，本发明利用上述结构的电极式热水锅炉的负荷调节率一般可以达到5-100％。该电极式热水锅炉启动快速，锅炉温态时，0-100％负荷用时约15分钟；运行稳定，可长时间运行于调节范围内的任一负荷；对电压的适应性好。
附图说明
图1是本发明所述的电极式热水锅炉的结构简图。
图2是本发明所述的电极式热水锅炉的电极布置方式俯视图。
具体实施方式
在下文中更详细地描述了本发明，以有助于对本发明的理解。
如图1所示，该电极式热水锅炉包括锅炉炉筒15，所述的锅炉炉筒15分别与锅炉绝缘进水管17和锅炉绝缘出水管13连通；所述的锅炉炉筒15的内部设置有锅炉布水器16，所述的锅炉布水器16的上方设置有下部固定绝缘筒12，所述的下部固定绝缘筒12的上方设置有上部固定绝缘筒7，在所述的上部固定绝缘筒7和下部固定绝缘筒12之间设置有相电极9，在所述的相电极9的外部同心套装有圆筒形结构的零电极10；在所述的相电极9和零电极10之间设置有圆筒形的移动绝缘调节筒11，所述的移动绝缘调节筒11能够上下移动；冷炉水(电导率折算到25℃时，电导率约80us/cm，也可根据实际情况进行调整)自所述的电极式热水锅炉下部的锅炉绝缘进水管17进入，经锅炉布水器16和下部固定绝缘筒12进入相电极9的外侧，自相电极9与上部固定绝缘筒7和下部固定绝缘筒12之间的空间四散流出，冷炉水在流经相电极和零电极之间时，因炉水自身电阻的存在而产生发热效应，所述的移动绝缘调节筒11上下移动时能够调节相电极9和零电极10之间的水的电阻，从而调节发热功率。
所述的电极式热水锅炉包括伺服机构1、绝缘筒升降机构14和绝缘筒升降机构伺服传动杆2，所述的伺服机构1通过绝缘筒升降机构伺服传动杆2与绝缘筒升降机构14连接，所述的绝缘筒升降机构14与移动绝缘调节筒11连接，所述的伺服机构1通过绝缘筒升降机构伺服传动杆2和绝缘筒升降机构14控制移动绝缘调节筒11，使得移动绝缘调节筒11能够停在相电极9和零电极10之间的任意地点，利用该方式制作的电极锅炉最低负荷约为额定负荷的5％，且因为移动绝缘筒的位置可由伺服机构控制停在任意地点，所以，该电锅炉的负荷调节特性为5％-100％功率无级调节。
所述的锅炉布水器16位于锅炉绝缘进水管17的出口的上方。
所述的相电极9采用圆筒形结构，相电极的两端用弧形堵板封好，相电极为中空结构，为降低水的浮力及水流冲击力对相电极的震动、扭力，在相电极上下端部分别开孔，所述的电极式热水锅炉注水时相电极内即可注满水，相电极上端设连接件，该连接件通过螺纹与电极导电杆8相连，电极导电杆与锅炉炉筒间可采用陶瓷套管配以石墨盘根做绝缘密封处理；相电极材质采用Q345钢材、铜等均可，相电极壁厚一般可用7mm，也可根据电极式热水锅炉的电极电流计算选取，为降低电阻，平衡电流分布，可在相电极筒内部衬以铜护套；为避免相电极生锈，相电极外部可覆以导电防腐涂层，如镍、铝等。
在图1所示的实施例中，所述的电极导电杆8的外部套设有绝缘瓷套6，所述的绝缘瓷套6与锅炉炉筒15之间通过瓷套机械密封装置密封连接；所述的电极导电杆8穿过绝缘瓷套6后在锅炉炉筒15的外部与电源母线4电连接。
所述的绝缘筒升降机构14与锅炉炉筒15之间通过绝缘筒升降机构机械密封装置3密封连接。
所述的零电极10采用圆筒形结构，材质同相电极9，与相电极9同心套装于相电极外部，三相零电极用铁板相连，零电极电极筒的高度与相电极相当，根据工作电压的不同，相电极与零电极间距可以为100-400mm或更宽泛。
上部固定绝缘筒7、下部固定绝缘筒12和移动绝缘调节筒11的材质可选用PPH、PVDF、陶瓷等材质，其起到的作用是控制电流在水中的流通路径，锅炉的运行温度要考虑上部固定绝缘筒7、下部固定绝缘筒12和移动绝缘调节筒11的最大耐受温度，不可超过其允许温度，以防其发生软化、变形、开焊等故障，一般采用PPH材质的锅炉温度不超过120℃。
炉水一般采用除盐水配以Na3PO4将电导率调整至80us/cm(25℃时值)，不可过高或过低。
考虑到锅炉炉水水质的要求，电极式热水锅炉的炉水应在闭式循环系统(简称一次网系统)中循环，所述的一次网系统包括板式换热器，所述的板式换热器与电极式热水锅炉连接成锅炉闭式循环水系统。工艺流程如下：
热炉水经锅炉绝缘出水管13流入板式换热器，通过板式换热器将热量由锅炉闭式循环水系统传递至热用户，冷炉水经板式换热器流出经滤网过滤后流入循环泵，升压后经锅炉绝缘进水管17流入锅炉内部重新加热，周而复始。
在上述一次网系统中应设置适当的温度、压力、电导率、流量等测点，以了解电极式热水锅炉及系统运行工况。
考虑到炉水在升温过程中体积会膨胀，为降低锅炉及一次网系统压力波动，应在一次网系统中设置稳压装置，一次网系统压力过高时，通过泄压阀将炉水排至密闭的膨胀水箱，一次网压力过低时，通过稳压泵将膨胀水箱中的水注入一次网系统。
为保证锅炉运行的稳定性，应为一次网系统的板式换热器设置旁路阀，通过调节该旁路阀的开度，调整板式换热器的换热功率，并最终控制锅炉入口冷水温度稳定在90℃左右，出口温度控制在120℃。
电极式热水锅炉应设有加药箱，用高浓度的Na3PO4溶液配入锅炉一次网系统，以调节一次网系统水的电导率。
为防止锅炉超压运行，应在电极式热水锅炉的锅炉本体或进出水管道处设置安全门，当一次网系统压力过大时，安全门启动排水泄压。
为防止人身触电，应在电极式热水锅炉外设置保护罩，保护罩接地并避免与电极式热水锅炉金属性连接，电极式热水锅炉的锅炉本体外壳也应该接地。
电极式热水锅炉应同步配置控制系统，主要作用是控制电极式热水锅炉的移动绝缘调节筒的位置(及控制功率)、通过控制板式换热器旁路阀开度而控制电锅炉供、回水温度、控制一次网系统压力，监视电极式热水锅炉及一次网系统的运行状态，并根据电极式热水锅炉的设计参数设置自动调节、保护逻辑，如一键启动、锅炉超温、超压、低压跳闸等功能。
为确保安全，电极式热水锅炉电源的高压侧断路器应配置适当的继电保护装置，实现对电极式热水锅炉接地、短路、过负荷等故障或异常工况的保护。
电极式热水锅炉的电极导电杆外侧应通过绝缘瓷套固定于外壳，并做好防漏水的密封措施。
移动绝缘筒提升机构在穿过炉筒筒壁处应设置机械密封装置，可采用类似于阀门密封的方式。
电极式热水锅炉的锅炉绝缘进水管17和锅炉绝缘出水管13应采用绝缘材质，此处可用金属管道内衬聚四氟乙烯方式解决，锅炉进出水管与一次网管道间的绝缘可用绝缘短接配以绝缘法兰的方式解决。
图2所示的实施例中，锅炉炉筒15中设置有A相成套电极结构91、B相成套电极结构92和C相成套电极结构93，每一相成套电极结构中均包含单独的相电极9和移动绝缘调节筒11。
本发明所述的电极式热水锅炉具有以下优点：
1.利用上述结构的电极系统，电极式热水锅炉的负荷调解率一般可以达到5-100％。
2.电极式热水锅炉启动快速，锅炉温态时，0-100％负荷用时约15分钟。
3.电极式热水锅炉运行稳定，可长时间运行于调节范围内的任一负荷。
4.对电压的适应性好。
以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。

Claims (10)

1.一种电极式热水锅炉，其特征在于，包括锅炉炉筒，所述的锅炉炉筒分别与锅炉绝缘进水管和锅炉绝缘出水管连通；所述的锅炉炉筒的内部设置有锅炉布水器，所述的锅炉布水器的上方设置有下部固定绝缘筒，所述的下部固定绝缘筒的上方设置有上部固定绝缘筒，在所述的上部固定绝缘筒和下部固定绝缘筒之间设置有相电极，在所述的相电极的外部同心套装有圆筒形结构的零电极；在所述的相电极和零电极之间设置有圆筒形的移动绝缘调节筒，所述的移动绝缘调节筒能够上下移动；冷炉水自所述的电极式热水锅炉下部的锅炉绝缘进水管进入，经锅炉布水器和下部固定绝缘筒进入相电极的外侧，自相电极与上部固定绝缘筒和下部固定绝缘筒之间的空间四散流出，冷炉水在流经相电极和零电极之间时，因炉水自身电阻的存在而产生发热效应，所述的移动绝缘调节筒上下移动时能够调节相电极和零电极之间的水的电阻，从而调节发热功率。
2.根据权利要求1所述的电极式热水锅炉，其特征在于，所述的电极式热水锅炉包括伺服机构、绝缘筒升降机构和绝缘筒升降机构伺服传动杆，所述的伺服机构通过绝缘筒升降机构伺服传动杆与绝缘筒升降机构连接，所述的绝缘筒升降机构与移动绝缘调节筒连接，所述的伺服机构通过绝缘筒升降机构伺服传动杆和绝缘筒升降机构控制移动绝缘调节筒，使得移动绝缘调节筒能够停在相电极和零电极之间的任意地点，该电锅炉的负荷调节特性为5％-100％功率无级调节。
3.根据权利要求1所述的电极式热水锅炉，其特征在于，所述的锅炉布水器位于锅炉绝缘进水管的出口的上方。
4.根据权利要求1所述的电极式热水锅炉，其特征在于，所述的相电极采用圆筒形结构，相电极的两端用弧形堵板封好，相电极为中空结构，相电极上下端部分别开孔，所述的相电极上端设连接件，该连接件通过螺纹与电极导电杆相连，电极导电杆与锅炉炉筒间采用陶瓷套管配以石墨盘根做绝缘密封处理。
5.根据权利要求1所述的电极式热水锅炉，其特征在于，所述的相电极材质采用Q345钢材或铜。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的电极式热水锅炉，其特征在于，所述的相电极外部覆以导电防腐涂层。
7.根据权利要求6所述的电极式热水锅炉，其特征在于，所述的电极导电杆的外部套设有绝缘瓷套，所述的绝缘瓷套与锅炉炉筒之间通过瓷套机械密封装置密封连接；所述的电极导电杆穿过绝缘瓷套后在锅炉炉筒的外部与电源母线电连接。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的电极式热水锅炉，其特征在于，所述的绝缘筒升降机构与锅炉炉筒之间通过绝缘筒升降机构机械密封装置密封连接。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的电极式热水锅炉，其特征在于，所述的零电极采用圆筒形结构，零电极的材质与相电极相同，零电极与相电极同心套装于相电极外部，三相零电极用铁板相连，零电极的电极筒的高度与相电极相当，根据工作电压的不同，相电极与零电极间距为100-400mm。
10.根据权利要求1所述的电极式热水锅炉的，其特征在于，上部固定绝缘筒、下部固定绝缘筒和移动绝缘调节筒的材质选用PPH、PVDF或陶瓷材质。
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