CN114413241A - 水膜式高压电极锅炉装置及其供汽压力控制方法 - Google Patents

水膜式高压电极锅炉装置及其供汽压力控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水膜式高压电极锅炉装置及其供汽压力控制方法。本发明的水膜式高压电极锅炉装置，高压电极锅炉本体的内部设有溢流式高压电极壳体；所述的溢流式高压电极壳体为一由若干绝缘环和电极环相间连接而成的封闭壳体，该溢流式高压电极壳体的顶部设有溢流盘；高压电极的下部穿过溢流盘后进入溢流式高压电极壳体内部并与对应的电极环相连接；一溢流管的出口位于溢流盘的上方，所述溢流管的入口通过管道与一缓冲水箱连接；所述高压电极锅炉本体的底部通过管道与回收水泵连接，所述的回收水泵通过管道与缓冲水箱连接。本发明极大地提高了高压电极接触面积，蒸发循环次数大量减少，减少了水循环次数。

Description

水膜式高压电极锅炉装置及其供汽压力控制方法
技术领域
本发明涉及高压电极锅炉供热领域，特别是一种水膜式高压电极锅炉装置及其供汽压力控制方法。
背景技术
随着我国风能和光伏等新能源占比逐渐提高，电能消纳存在困难，电极锅炉因其高效无污染的特性，且能消纳大量电能，为电网的调峰蓄热提供了新的解决思路，开始得到较多的开发研究。
电极锅炉根据型式的不同可以分为浸没式电极锅炉和喷射式电极锅炉，浸没式电极锅炉即电极需浸入除盐水，因此需要设计绝缘筒，避免电极锅炉外壳带电，结构相对复杂；喷射式电极锅炉采用除盐水喷向电极并被加热的型式，避免了与电极锅炉外壳相互接触，简化了结构，但是现有的喷射式电极锅炉电极设置不合理，导致水循环次数较高，如：专利文献CN106287634A公开了一种喷射式高电压电极锅炉，其电极与除盐水的接触面较小，水循环次数较高，浪费了回收水泵的大量电能；专利文献CN212537789U公开了一种中心筒绝缘喷射高压电极锅炉，其设置多个吊装的高压电极，虽然在一定程度上提高了接触面积，但结构更复杂。
综上所述，现有的喷射式电极锅炉，电极接触面积较小，水循环次数偏高。
发明内容
为解决现有喷射式电极锅炉电极接触面积较小、水循环次数偏高的问题，本发明提供一种水膜式高压电极锅炉装置，以提高电极接触面积，减少蒸发循环次数，减少水循环次数。
本发明采用的技术方案如下：水膜式高压电极锅炉装置，包括高压电极锅炉本体，所述高压电极锅炉本体的内部设有溢流式高压电极壳体；
所述的溢流式高压电极壳体为一由若干绝缘环和电极环相间连接而成的封闭壳体，该溢流式高压电极壳体的顶部设有溢流盘；高压电极的下部穿过溢流盘后进入溢流式高压电极壳体内部并与对应的电极环相连接；
一溢流管的出口位于溢流盘的上方，所述溢流管的入口通过管道与一缓冲水箱连接；
所述高压电极锅炉本体的底部通过管道与回收水泵连接，所述的回收水泵通过管道与缓冲水箱连接。
所述缓冲水箱内的除盐水由溢流管流入溢流式高压电极壳体顶部的溢流盘中并溢出，在溢流式高压电极壳体表面形成水膜并溢流而下，经电极环加热后逐渐蒸发产生蒸汽，未蒸发的除盐水由高压电极锅炉本体的底部排出口经回收水泵回收至缓冲水箱。
进一步地，所述的高压电极锅炉本体为一圆柱形罐体，其上部设有蒸汽出口；溢流式高压电极壳体呈圆台形。高压电极锅炉本体为除盐水被高压电极加热生成蒸汽的场所。
进一步地，所述的高压电极有三项，电极环的数量为3的整数倍，从上到下依次分成三层，一层连接对应的一项高压电极。露于溢流式高压电极壳体外的三项高压电极部分绝缘，置于溢流式高压电极壳体内的三项高压电极部分与对应的电极环电连接，为溢流式高压电极壳体供电。
进一步地，所述溢流管的出口穿过溢流盘的中心后位于溢流盘的正上方，使除盐水从溢流盘中均匀溢出。
进一步地，所述高压电极锅炉本体上设有安全阀，提高锅炉使用时的安全性。
进一步地，所述电极环的宽度为2～3cm，绝缘环的宽度为5～10cm。
进一步地，所述溢流管的入口通过压力平衡管与缓冲水箱连接。
进一步地，所述缓冲水箱设有补水口，该补水口连接补水管道，且缓冲水箱的液位高于溢流盘高度。
进一步地，所述高压电极锅炉本体底部与回收水泵连接的管道上装有负荷控制阀，通过负荷控制阀控制水膜式高压电极锅炉装置的出力，最大出力时负荷控制阀全开。
本发明还提供上述水膜式高压电极锅炉装置的供汽压力控制方法，其包括缓冲水箱水位自动控制、负荷控制阀流量自动控制和电压档位自动控制；
水膜式高压电极锅炉装置进出口除盐水的质量平衡方程为：
Figure BDA0003500679860000031
式中，Dx为缓冲水箱补水流量，dDt/dτ为高压电极锅炉出口蒸汽流量微分，∑Mi为缓冲水箱内除盐水的积累量；
水膜式高压电极锅炉装置进出口除盐水的能量平衡方程为：
Figure BDA0003500679860000032
式中，dHx为缓冲水箱进口除盐水比焓，Ht为高压电极锅炉出口蒸汽比焓，Hi为缓冲水箱内除盐水比焓；
简化即得到缓冲水箱水位自动控制方程：
Figure BDA0003500679860000041
通过缓冲水箱水位自动控制方程进行缓冲水箱水位自动控制；
负荷控制阀流量自动控制方程为：
Figure BDA0003500679860000042
式中，dD0/dτ为负荷控制阀出口流量微分，K为高压电极锅炉水汽转化率，K值与负荷控制阀出口流量和电压档位有关，其中，负荷控制阀出口流量升高，K值降低，电压档位越高，K值越大；
通过负荷控制阀流量自动控制方程进行负荷控制阀流量自动控制；
所述压力自动控制的步骤如下：若投入电压档位自动，且负荷控制阀已全开后，高压电极锅炉出口压力仍低于设定值，将提高电压档位。
本发明具有的有益效果如下：
1、溢流式高压电极壳体使除盐水在其表面形成水膜并溢流而下，使得高压电极接触面积大大提高，蒸发循环次数大量减少，减少了水循环次数。
2、溢流水膜的厚度较小，即水膜式高压电极锅炉启动更加迅速。
3、使用安全，溢流式高压电极壳体无带电的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明水膜式高压电极锅炉装置的结构示意图；
图2为本发明圆台形高压电极的局部剖面示意图；
图3为本发明圆台形高压电极的俯视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
除非另外限定，这里所使用的术语(包含科技术语)应当解释为具有如本发明所属技术领域的技术人员所共同理解到的相同意义。还将理解到，这里所使用的术语应当解释为具有与它们在本说明书和相关技术的内容中的意义相一致的意义，并且不应当以理想化或过度的形式解释，除非这里特意地如此限定。
如图1-3所示的一种水膜式高压电极锅炉装置，其由高压电极锅炉本体11、缓冲水箱10、负荷控制阀8和回收水泵9组成，高压电极锅炉本体11的内部设有呈圆台形的溢流式高压电极壳体7。
所述的溢流式高压电极壳体7为一由若干绝缘环701和电极环702相间连接而成的封闭壳体，该溢流式高压电极壳体7的顶部设有溢流盘6；高压电极2的下部穿过溢流盘6后进入溢流式高压电极壳体7内部并与对应的电极环相连接。所述电极环702的宽度为2～3cm，绝缘环701的宽度为5～10cm。
溢流管5的出口穿过溢流盘6的中心后位于溢流盘6的正上方，所述溢流管5的入口通过压力平衡管与缓冲水箱10连接。所述缓冲水箱10设有补水口，该补水口连接补水管道1，当缓冲水箱量不足时通过补水管道进行补水；且缓冲水箱10的液位高于溢流盘6高度。
所述高压电极锅炉本体11的底部通过管道与回收水泵9连接，高压电极锅炉本体11底部与回收水泵9连接的管道上装有负荷控制阀8。所述的回收水泵9通过管道与缓冲水箱10连接。
所述的高压电极锅炉本体11为圆柱形罐体，其上部设有蒸汽出口4和安全阀3。
所述的高压电极2有三项，电极环702的数量为3的整数倍，从上到下依次分成三层，一层连接对应的一项高压电极2。
本发明使用时，缓冲水箱10内的除盐水经负荷控制阀8，由溢流管5进入溢流盘6，均匀溢出，在圆台形的溢流式高压电极壳体7表面形成水膜并溢流而下，经三层相间布置的各级电极加热后逐渐蒸发产生蒸汽，经蒸汽出口4进行供热，未蒸发的除盐水由高压电极锅炉本体11底部排出口经回收水泵9回收至缓冲水箱10，最大出力时负荷控制阀8全开。当缓冲水箱量不足时通过补水管道1进行补水。
上述水膜式高压电极锅炉装置的供汽压力控制方法，其包括缓冲水箱水位自动控制、负荷控制阀流量自动控制和电压档位自动控制。
水膜式高压电极锅炉装置进出口除盐水的质量平衡方程为：
Figure BDA0003500679860000061
式中，Dx为缓冲水箱补水流量，dDt/dτ为高压电极锅炉出口蒸汽流量微分，∑Mi为缓冲水箱内除盐水的积累量；
水膜式高压电极锅炉装置进出口除盐水的能量平衡方程为：
Figure BDA0003500679860000062
式中，dHx为缓冲水箱进口除盐水比焓，Ht为高压电极锅炉出口蒸汽比焓，Hi为缓冲水箱内除盐水比焓；
简化即得到缓冲水箱水位自动控制方程：
Figure BDA0003500679860000071
通过缓冲水箱水位自动控制方程进行缓冲水箱水位自动控制。
负荷控制阀流量自动控制方程为：
Figure BDA0003500679860000072
式中，dD0/dτ为负荷控制阀出口流量微分，K为高压电极锅炉水汽转化率，K值与负荷控制阀出口流量和电压档位有关，其中，负荷控制阀出口流量升高，K值降低，电压档位越高，K值越大；
通过负荷控制阀流量自动控制方程进行负荷控制阀流量自动控制。
所述压力自动控制的步骤如下：若投入电压档位自动，且负荷控制阀已全开后，高压电极锅炉出口压力仍低于设定值，将提高电压档位。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用于限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的同等变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各种技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用。因此，本发明理所应当地涵盖了本发明有关的其他组合及具体应用。

Claims (10)

1.水膜式高压电极锅炉装置，包括高压电极锅炉本体(11)，其特征在于，所述高压电极锅炉本体(11)的内部设有溢流式高压电极壳体(7)；
所述的溢流式高压电极壳体(7)为一由若干绝缘环(701)和电极环(702)相间连接而成的封闭壳体，该溢流式高压电极壳体(7)的顶部设有溢流盘(6)；高压电极(2)的下部穿过溢流盘(6)后进入溢流式高压电极壳体(7)内部并与对应的电极环相连接；
一溢流管(5)的出口位于溢流盘(6)的上方，所述溢流管(5)的入口通过管道与一缓冲水箱(10)连接；
所述高压电极锅炉本体(11)的底部通过管道与回收水泵(9)连接，所述的回收水泵(9)通过管道与缓冲水箱(10)连接。
2.根据权利要求1所述的水膜式高压电极锅炉装置，其特征在于，所述的高压电极锅炉本体(11)为一圆柱形罐体，其上部设有蒸汽出口(4)；溢流式高压电极壳体(7)呈圆台形。
3.根据权利要求1所述的水膜式高压电极锅炉装置，其特征在于，所述的高压电极(2)有三项，电极环(702)的数量为3的整数倍，从上到下依次分成三层，一层连接对应的一项高压电极(2)。
4.根据权利要求1所述的水膜式高压电极锅炉装置，其特征在于，所述溢流管(5)的出口穿过溢流盘(6)的中心后位于溢流盘(6)的正上方。
5.根据权利要求1所述的水膜式高压电极锅炉装置，其特征在于，所述高压电极锅炉本体(11)上设有安全阀(3)。
6.根据权利要求1所述的水膜式高压电极锅炉装置，其特征在于，所述电极环(702)的宽度为2～3cm，绝缘环(701)的宽度为5～10cm。
7.根据权利要求1所述的水膜式高压电极锅炉装置，其特征在于，所述溢流管(5)的入口通过压力平衡管与缓冲水箱(10)连接。
8.根据权利要求1所述的水膜式高压电极锅炉装置，其特征在于，所述缓冲水箱(10)设有补水口，该补水口连接补水管道(1)，且缓冲水箱(10)的液位高于溢流盘(6)高度。
9.根据权利要求1所述的水膜式高压电极锅炉装置，其特征在于，所述高压电极锅炉本体(11)底部与回收水泵(9)连接的管道上装有负荷控制阀(8)。
10.权利要求9所述水膜式高压电极锅炉装置的供汽压力控制方法，其特征在于，包括缓冲水箱水位自动控制、负荷控制阀流量自动控制和电压档位自动控制；
水膜式高压电极锅炉装置进出口除盐水的质量平衡方程为：
Figure FDA0003500679850000021
式中，Dx为缓冲水箱补水流量，dDt/dτ为高压电极锅炉出口蒸汽流量微分，∑Mi为缓冲水箱内除盐水的积累量；
水膜式高压电极锅炉装置进出口除盐水的能量平衡方程为：
Figure FDA0003500679850000022
式中，dHx为缓冲水箱进口除盐水比焓，Ht为高压电极锅炉出口蒸汽比焓，Hi为缓冲水箱内除盐水比焓；
简化即得到缓冲水箱水位自动控制方程：
Figure FDA0003500679850000023
通过缓冲水箱水位自动控制方程进行缓冲水箱水位自动控制；
负荷控制阀流量自动控制方程为：
Figure FDA0003500679850000024
式中，dD0/dτ为负荷控制阀出口流量微分，K为高压电极锅炉水汽转化率，K值与负荷控制阀出口流量和电压档位有关，其中，负荷控制阀出口流量升高，K值降低，电压档位越高，K值越大；
通过负荷控制阀流量自动控制方程进行负荷控制阀流量自动控制；
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