CN114688734B - 高压电极锅炉及其加热用电极安装结构、功率调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锅炉加热的技术领域，特别是涉及一种高压电极锅炉及其加热用电极安装结构、功率调节方法，其采用零电极与相电极中至少一个移动位置的方式调节零电极与相电极之间的间距，从而调节高压电极锅炉的加热功率，此种加热方式炉体小，而且降低了炉体整体高度，制作较简单，包括零电极与相电极，零电极与相电极均能够浸没在炉桶内的水中，相电极连接高压电，零电极与相电极中至少一个能够移动用以调节二者之间的间距；电极利用水的电阻性直接进行加热，电流越大，热量也就越大，电能100%转化成热量，基本没有热损失，设备运行时无噪声、燃料烟气、粉煤灰等污染，绝对环保的零排放，具有节能、环保、节支的特点，符合减排低碳的发展方向。

Description

高压电极锅炉及其加热用电极安装结构、功率调节方法

技术领域

本发明涉及锅炉加热的技术领域，特别是涉及一种高压电极锅炉及其加热用电极安装结构、功率调节方法。

背景技术

国家环保政策的要求越来越严格，这就要求锅炉行业的技术要不断更新，现在既符合国家政策、又节能的高压电极锅炉备受关注，尤其在新疆、甘肃、内蒙等地国家更是大力支持煤改电项目，给出的电价政策极其优惠，越来越多的用户开始选择高压电极锅炉进行供暖或生产。据了解，目前高压电极锅炉分为浸没式和喷射式两种，但无论哪一种，其加热方式都是靠零电极与电极接触导电加热的，功率调节的方式是靠调节零电极与电极的接触面积或者调节水位方式实现的，高压电极锅炉炉体整体高度较高，占用空间较大，功率调节局限性较强。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高压电极锅炉及其加热用电极安装结构、功率调节方法，采用零电极与相电极中至少一个移动位置的方式调节零电极与相电极之间的间距，从而调节高压电极锅炉的加热功率，此种加热方式炉体小，而且降低了炉体整体高度，制作较简单。

为实现上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明的一种高压电极锅炉加热用电极安装结构，包括零电极与相电极，其特征在于，零电极与相电极均能够浸没在炉桶内的水中，相电极连接高压电，零电极与相电极中至少一个能够移动用以调节二者之间的间距。

一种可能的技术方案中，所述相电极固定安装在与炉桶顶端的法兰固定连接的盲板上，相电极垂向穿过盲板并深入炉桶内部，相电极的顶端设置电极连接杆；零电极设置在所述炉桶内侧并位于所述相电极的下侧，零电极安装在升降机构上。

一种可能的技术方案中，所述升降机构包括提升电机和提升板，所述零电极固定在所述提升板，所述提升电机固定安装在所述盲板上，提升电机的输出端向下连接提升轴，提升轴穿过盲板并与所述提升板连接。

一种可能的技术方案中，所述零电极的外侧至所述相电极的外侧之间连接有保护盾。

一种可能的技术方案中，所述相电极的上端连接绝缘子，所述绝缘子自炉桶内侧向上穿出所述盲板并固定在所述盲板上，绝缘子包围设置于电极连接杆的外侧，所述相电极和所述绝缘子之间设置密封垫。

本发明还提供一种高压电极锅炉，包括任一项上述的高压电极锅炉加热用电极安装结构。

本发明另外提供一种高压电极锅炉加热功率调节方法，是根据任一项上述的高压电极锅炉加热用电极安装结构实现的，将零电极与相电极同时浸没在炉桶内的水中，将相电极连接高压电，通过调节零电极与相电极中至少一个的位置，从而调节二者之间的间距，间距越小，功率越大，间距越大，功率越小，实现将水加热及调节功率。

与现有技术相比本发明的有益效果为：

1.电极利用水的电阻性直接进行加热，电流越大，热量也就越大，产生的热水或蒸汽也越多；同时，锅炉自动形成安全保护，避免了老式锅炉因缺水干烧的安全事故，因为三相电极与电极间的水脱离时电极间的电流通道被切断，电流就没有了传递的介质，也就无法产生蒸汽和热水；配备锅炉控制柜，将所有仪表等控制线路接至锅炉控制柜内，可将全部控制程序采用PLC编程，真正做到无人值守，运行安全、零事故；

2.电能100%转化成热量，基本没有热损失，设备运行时无噪声、燃料烟气、粉煤灰等污染，绝对环保的零排放，具有节能、环保、节支的特点，符合减排低碳的发展方向；而常规锅炉由于带有过热器，为防止过热器过热损坏，必须通过排放蒸汽使其冷却，同时由于这类锅炉一般最小负荷在40%左右因此存在较大的能源浪费；

3.具有最少的组成部件和电气控制开关，为用户省去了变压器、低压配电柜、电力电缆等配电初投资，同时省去了对燃料管道、储蓄设备、节能器和排放控制设备的需求，解决了低压电锅炉的投资大的问题；

4.采用新型的电极加热功率调节方式，打破了原有高压电极加热的方式，功率的调节范围为10-100%，调节范围非常宽，可根据用户的实际需要实现无级方便调节，结构简单，制作方便，大大降低了锅炉整体高度，更适合于高压电极加热；

5.启动较迅速，从冷态启动到满负荷只需要几十分钟，从热态到满负荷只需1分钟，而常规锅炉的启动时间非常长，冷态启动时，一般需要2小时左右，热态一般为15～20分钟。

附图说明

图1是本发明实施例的高压电极锅炉加热用电极安装结构的结构示意图；

图2是盲板安装在炉桶上的俯视结构示意图；

附图标记：1-炉桶；2-法兰；3-盲板；4-绝缘子；5-相电极；6-零电极；7-提升板；8-提升电机；9-保护盾；10-进水口；11-出水口；12-密封垫；13-电极连接杆；14-提升轴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

电极锅炉是利用水的高热阻特性，直接将电能转换为热能并产生热水或蒸汽的一种装置，一般采用电厂的除盐水，并加入一定的电解质，使炉水具有一定的电阻，使其能够导电；但是炉水的导电率不是越高越好，否则容易造成击穿等事故；根据电流与电极的接触方式不同，电极锅炉主要有浸没式和喷射式两种形式，浸没式电极锅炉是指连接高压电源的电极直接浸没在锅炉的炉水中进行加热；喷射式电极锅炉是指炉水直接喷射在电极上进行加热，而不是直接浸没在炉水中。现有技术中的电极锅炉功率调节的方式是靠调节零电极与电极的接触面积或者调节水位方式实现的，即通过调节与电极接触水量的大小来实现，例如浸没式电极锅炉可通过调节保护盾的位置而改变电极的暴露面积来调节；喷射式电极锅炉可通过调节循环水泵的频率而调节循环的水量；现有的高压电极锅炉炉体整体高度较高，占用空间较大，功率调节局限性较强。

本发明创新提出一种高压电极锅炉加热用电极安装结构，是基于浸没式电极锅炉而提出的，零电极与相电极均能够浸没在炉桶内的水中，相电极连接高压电，零电极与相电极中至少一个能够移动用以调节二者之间的间距，采用零电极与相电极中至少一个移动位置的方式调节零电极与相电极之间的间距，从而调节高压电极锅炉的加热功率，此种加热方式炉体小，而且降低了炉体整体高度，制作较简单；其中调节零电极与相电极之间的间距的方式，可以是移动零电极的位置，也可以是移动相电极的位置，或者也可以是同时移动零电极和相电极的位置；移动位置方式可以是横向移动，也可以是竖向移动，或者任意角度的倾斜方向的移动，只要是符合通过调节零电极与相电极之间的间距而调节高压电极锅炉的加热功率，均在本发明的保护范围之内。

本发明依据的技术原理如下：

零电极与相电极均浸没在炉桶内的水中，相电极连接高压电，两电极间水作为电阻，当电流通过电解质溶液的时候，就会产生热水和蒸汽。交流电流从电极的一个相通过中线，到了电极的另一个相，在这里，电解质溶液就充当了导体，根据电阻和电功率的定义公式：

R=ρL/S

P=U²/R

其中，R表示电阻，ρ表示电阻的电阻率，由其本身性质决定，L表示电阻的长度，S表示电阻的横截面积；P表示电功率；U表示电压；由此可知，在ρ、S、U不变的情况下，当两电极间距减小时，即L减小，两者间水电阻减小，则功率越大，反之，两电极间距加大时，即L加大，两者间水电阻增大，则功率越小。

本发明一种实施例的高压电极锅炉加热用电极安装结构，如图1所示，炉桶1顶端固定有法兰2，炉桶1采用无缝钢管，按照尺寸裁切，法兰为标准件，与炉桶焊接为一整体，盲板3固定连接在法兰2上，盲板3上按照安装件尺寸预先开孔，相电极5固定安装在盲板3上，相电极5为三相电极，三相电极分别垂向穿过盲板3上的通孔并深入炉桶1内部，相电极5的顶端设置电极连接杆13；零电极6设置在炉桶1内侧并位于相电极5的正下侧，零电极6安装在升降机构上；炉桶1的下部开设进水口10，炉桶1的上部开设出水口11，按照作业要求预先通入一定低电导率水，将高压电源接至电极连接杆13上，通过升降机构带动零电极6上下移动位置而调节零电极与相电极之间的间距从而调节高压电极锅炉的加热功率。

需要说明的是，本发明中的高压电源是相对于低压电源380/220V的槪称，电压范围在6-25KV内的电压均属于本发明的高压范围；本发明的高压电极锅炉加热用电极安装结构直接采用高压电连接到电极连接杆13，而常规电锅炉采用低压电380/220V，需要设置降压变压器以及变压后的配电系统。

本发明的高压电极锅炉加热用电极安装结构的优势在于：

1.电极利用水的电阻性直接进行加热，电流越大，热量也就越大，产生的热水或蒸汽也越多；同时，锅炉自动形成安全保护，避免了老式锅炉因缺水干烧的安全事故，因为三相电极与电极间的水脱离时电极间的电流通道被切断，电流就没有了传递的介质，也就无法产生蒸汽和热水；配备锅炉控制柜，将所有仪表等控制线路接至锅炉控制柜内，可将全部控制程序采用PLC编程，真正做到无人值守，运行安全、零事故；

2.电能100%转化成热量，基本没有热损失，设备运行时无噪声、燃料烟气、粉煤灰等污染，绝对环保的零排放，具有节能、环保、节支的特点，符合减排低碳的发展方向；而常规锅炉由于带有过热器，为防止过热器过热损坏，必须通过排放蒸汽使其冷却，同时由于这类锅炉一般最小负荷在40%左右因此存在较大的能源浪费；

3.具有最少的组成部件和电气控制开关，为用户省去了变压器、低压配电柜、电力电缆等配电初投资，同时省去了对燃料管道、储蓄设备、节能器和排放控制设备的需求，解决了低压电锅炉的投资大的问题；

4.采用新型的电极加热功率调节方式，打破了原有高压电极加热的方式，功率的调节范围为10-100%，调节范围非常宽，可根据用户的实际需要实现无级方便调节，结构简单，制作方便，大大降低了锅炉整体高度，更适合于高压电极加热；

5.启动较迅速，从冷态启动到满负荷只需要几十分钟，从热态到满负荷只需1分钟，而常规锅炉的启动时间非常长，冷态启动时，一般需要2小时左右，热态一般为15～20分钟。

本发明的一种具体实施方式中，升降机构包括提升电机8和提升板7，零电极6固定在提升板7上，提升电机8通过固定筒固定安装在盲板3上，提升电机8的输出端穿过固定筒向下连接提升轴14，提升轴14穿过盲板3并与提升板7连接，提升电机通电，零电极可在提升电机的作用下上下升降，随意调节动电极与静电极间距；参照图2，示出了此实施方式中盲板的结构。

本发明的一种优选的实施方式中，零电极6的外侧至相电极5的外侧之间连接有保护盾9，保护盾将零电极和相电极包围，使得二者能够与低电导率水接触的同时与炉桶桶壁绝缘隔离，保护盾的材质可选择任意绝缘材质，优选地，保护盾9选用陶瓷材质；本实施例中，保护盾9为竖向的圆筒状，保护盾9的底端固定在提升板7上，保护盾9同时将零电极6和相电极5包围于其内侧，保护盾9的顶端开口，与相电极5无连接，保护盾9可随提升板7的升降运动而同步运动；应当理解，保护盾还可以选择适合的其他形状或安装方式，当零电极和相电极的布置方式和相对位置发生变化时，保护盾的形状和设置形式可作出适应性调整。

本发明的一种优选的实施方式中，相电极5的上端连接绝缘子4，绝缘子4自炉桶1内侧向上穿出盲板3并固定在盲板3上，电极连接杆13安装在绝缘子4的内部，电极连接杆13的杆体大部分被包围在绝缘子4的内侧，相电极5和绝缘子4之间设置密封垫12，防止电解质水进入绝缘子内侧，防止安全隐患，延长电极的使用寿命；密封垫可以选用四氟垫，采用高强螺栓将绝缘子4、密封垫12和相电极5紧固成一整体。

本发明实施例的高压电极锅炉，按照上述的电极安装结构将零电极6与相电极5安装在炉桶1的相应位置，其他高压电极锅炉所需要的部件或机构按照现有技术中的方式安装即可，将所有仪表等控制线路接至锅炉控制柜内，可将全部控制程序采用PLC编程。

本发明实施例的高压电极锅炉的加热功率调节方法，将零电极6与相电极5同时浸没在炉桶1内的水中，将相电极5连接高压电，例如将10KV电接至炉桶1顶端的电极连接杆13上，提升电机8通电，零电极6可在提升电机8的作用下上下升降，从而调节相电极5和零电极6二者之间的间距，间距越小，功率越大，间距越大，功率越小，实现将水加热及调节功率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高压电极锅炉加热用电极安装结构，包括零电极（6）与相电极（5），其特征在于，零电极（6）与相电极（5）均能够浸没在炉桶内的水中，所述相电极（5）固定安装在与炉桶（1）顶端的法兰（2）固定连接的盲板（3）上，相电极（5）垂向穿过盲板（3）并深入炉桶（1）内部，相电极（5）的顶端设置电极连接杆（13）；相电极（5）连接高压电，零电极（6）设置在所述炉桶（1）内侧并位于所述相电极（5）的下侧，零电极（6）安装在升降机构上；所述零电极（6）的外侧至所述相电极（5）的外侧之间连接有保护盾（9）；所述升降机构包括提升电机（8）和提升板（7），所述零电极（6）固定在所述提升板（7）上，所述提升电机（8）固定安装在所述盲板（3）上，提升电机（8）的输出端向下连接提升轴（14），提升轴（14）穿过盲板（3）并与所述提升板（7）连接，升降机构带动上下零电极（6）移动用以调节零电极（6）与相电极（5）之间的间距。

2.如权利要求1所述的高压电极锅炉加热用电极安装结构，其特征在于，所述相电极（5）的上端连接绝缘子（4），所述绝缘子（4）自炉桶（1）内侧向上穿出所述盲板（3）并固定在所述盲板（3）上，绝缘子（4）包围设置于电极连接杆（13）的外侧，所述相电极（5）和所述绝缘子（4）之间设置密封垫（12）。

3.一种高压电极锅炉，其特征在于，包括权利要求1或2所述的高压电极锅炉加热用电极安装结构。

4.一种高压电极锅炉加热功率调节方法，其特征在于，是根据权利要求1或2所述的高压电极锅炉加热用电极安装结构实现的，将零电极（6）与相电极（5）同时浸没在炉桶（1）内的水中，将相电极（5）连接高压电，提升电机（8）通电，零电极（6）可在提升电机（8）的作用下上下升降，从而调节相电极（5）和零电极（6）二者之间的间距，间距越小，功率越大，间距越大，功率越小，实现将水加热及调节功率。

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