CN218495362U - 一种电极锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电极锅炉，包括外筒和内筒，所述内筒包括若干圆柱内筒，所述圆柱内筒上设有圆形电极盘，所述圆形电极盘上沿其周向均布有若干曲杆电极，所述圆形电极盘的中心连接有相引入电极，相邻两个所述圆柱内筒相切布置，若干所述圆柱内筒底部连通并与内筒入水管相连，所述内筒的底部中心连接有内筒下水管，所述外筒上设有外筒入水口，所述内筒下水管的一端与所述外筒入水口连通。本实用新型能通过相应的优化设计可实现电极与内筒零电位之间电压等势线均匀分布，电流密度分布均匀，无尖端放电现象发生，此外，通过对内筒入水口和出水口结构和位置的创新设计使得内筒内流场分布合理，温度分布均匀，功率简单可控。

Description

一种电极锅炉

技术领域

本实用新型涉及锅炉设备技术领域，具体涉及一种电极锅炉。

背景技术

可在生电能的快速发展导致大量的弃风弃光现象，如何高效消纳可再生电能成为提高风光资源利用率的关键问题。高压电极锅炉是一种高效、高功率密度、无污染的电转热设备。其原理在于通过将高压三相电能直接接入具有一定电导率的溶液中产生焦耳热，热溶液通过换热器将热量传递给供热用户。现有电极锅炉分主要分为喷射式、浸没式和半浸没式三种。如CN201711046368.1所描述的一种高电压电极锅炉是一种喷射式电极锅炉，电极与零电位之间通过喷射液柱连接，通常溶液电导率较高，容易出现高压击穿产生氢气的问题；浸没式电极锅炉使用隔离盾来隔离浸泡在溶液中的电极，存在难以实现低负荷运行的问题；半浸没式电极锅炉内外筒分离，内筒用于加热溶液。如CN201922474415.3中所述为一种半浸没式电极锅炉，可以通过控制内筒中液位高度来实现锅炉变负荷运行。目前半浸没式电极锅炉主要存在电极与内筒间距布置不均匀、缺少内筒流场设计等问题，导致内部温度场分布不均匀，而电极锅炉中工质电导率往往与温度正相关，而局部电流密度过大会导致水的电解，造成氢气的大量产生，从而影响锅炉的安全性。

实用新型内容

1、实用新型要解决的技术问题

本实用新型目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种电极锅炉，它能通过相应的优化设计可实现电极与内筒零电位之间电压等势线均匀分布，电流密度分布均匀，无尖端放电现象发生，此外，通过对内筒入水口和出水口结构和位置的创新设计使得内筒内流场分布合理，温度分布均匀，功率简单可控。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种电极锅炉，包括外筒和内筒，所述内筒包括若干圆柱内筒，所述圆柱内筒上设有圆形电极盘，所述圆形电极盘上沿其周向均布有若干曲杆电极，所述圆形电极盘的中心连接有相引入电极，相邻两个所述圆柱内筒相切布置，若干所述圆柱内筒底部连通并与内筒入水管相连，所述内筒的底部中心连接有内筒下水管，所述外筒上设有外筒入水口，所述内筒下水管的一端与所述外筒入水口连通。

可选地，所述内筒还包括内筒底板，若干所述圆柱内筒均安装于所述内筒底板上，所述内筒底板的边缘向内凹陷与所述外筒的内壁形成维修间距。

可选地，所述内筒入水管与所述圆柱内筒相连的一端为绝缘管，所述内筒下水管与所述外筒相连的一端为绝缘管，所述相引入电极的外部设有绝缘层，所述外筒通过接地线接地。

可选地，所述曲杆电极的底端为伞柄状。

可选地，所述内筒上设有内筒液位计和内筒测温计。

可选地，所述外筒上设有外筒液位计和外筒测温计。

可选地，所述外筒的底部设有排污口、循环出水口和给水管，所述外筒的侧边设有人孔。

可选地，所述外筒上设有排气阀、调压口和安全阀。

3、有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本电极锅炉优化设计内筒与电极结构使得内筒电场分布均匀，避免出现局部因电场不均匀电压击穿和局部电流密度过大导致水电解产生氢气的问题，大幅提高了电极锅炉的安全稳定性。

(2)本电极锅炉通过对内筒水动力的设计，使电极锅炉内流场分布更合理，避免局部长期受热而不流动和局部过冷问题，达到供水温度温度，水温波动较小的效果，加热效率与安全性得到大幅提升。

附图说明

图1为本实用新型实施例提出的一种电极锅炉的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提出的一种电极锅炉中电极布置结构示意图；

1、外筒；2、内筒；3、圆柱内筒；4、圆形电极盘；5、曲杆电极；6、内筒入水管； 7、内筒下水管；8、外筒入水口；9、内筒底板；10、绝缘层；11、接地线；12、内筒液位计；13、内筒测温计；14、外筒液位计；15、外筒测温计；16、排污口；17、循环出水口；18、给水管；19、人孔；20、排气阀；21、调压口；22、安全阀；23、相引入电极。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”、“固设于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。进一步地，当一个元件被认为是“固定连接”另一个元件，二者可以是可拆卸连接方式的固定，也可以不可拆卸连接的固定，如套接、卡接、一体成型固定、焊接等，在现有技术中可以实现，在此不再累赘。当元件与另一个元件相互垂直或近似垂直是指二者的理想状态是垂直，但是因制造及装配的影响，可以存在一定的垂直误差。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型中涉及的“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

实施例一

结合附图1和2，本实施例的一种电极锅炉，包括外筒1和内筒2，所述内筒2布置于所述外筒1的内部，所述内筒2包括若干圆柱内筒3，所述圆柱内筒3上设有圆形电极盘4，每组所述圆柱内筒3和圆形电极盘4同轴布置，所述圆形电极盘4的边缘沿其周向均布有若干曲杆电极5，用于保证圆形电极盘16与圆柱内筒18之间电流密度分布均匀，加热效率高、水温波动小，所述曲杆电极5固连于缩所述圆形电极盘4上，所述曲杆电极5呈圆柱曲杆状，所述圆形电极盘4的中心连接有相引入电极23，相邻两个所述圆柱内筒3相切布置，通过所述圆柱内筒3之间的相切设置，可有效控制在电极与内筒布置间距，保持均匀，若干所述圆柱内筒3底部连通并与内筒入水管6相连，具体的来说，所述内筒入水管6的一端通过若干支管同时与若干所述圆柱内筒3的底部连通即可，所述支管分别通入对应的圆柱内筒3底部中心，支管出口高度与曲杆电极5底端平齐，所述内筒2的底部中心连接有内筒下水管7，所述外筒1上设有外筒入水口8，所述内筒下水管7的一端与所述外筒入水口8连通，布置外筒入水口8的目的在于将加热至目标温度的热水经内筒下水管7引至外筒1中，若干所述圆柱内筒3的底部连通，用于保证各个圆柱内筒18内炉水的高低一致，保证各相之间电阻相等，三个圆柱内筒18为等电位，从而保证内筒出水温度波动小，并防止三相电出现电位偏差，导致跳闸。

本电极锅炉通过相应的优化设计可实现电极与内筒零电位之间电压等势线均匀分布，电流密度分布均匀，无尖端放电现象发生，此外，通过对内筒入水口和出水口结构和位置的创新设计使得内筒内流场分布合理，温度分布均匀，功率简单可控。

作为本实用新型的可选方案，所述内筒2还包括内筒底板9，所述内筒底板9的材质优选为合金钢，若干所述圆柱内筒3均安装于所述内筒底板9上，所述内筒底板9的边缘为内凹型，所述内筒底板9的边缘向内凹陷与所述外筒1的内壁形成维修间距，所述维修间距大于55cm，以保证检修人员有足够空间进入内筒工作。

作为本实用新型的可选方案，所述内筒入水管6与所述圆柱内筒3相连的一端为绝缘管，所述内筒下水管7与所述外筒1相连的一端为绝缘管，管道与管道之间采用法兰连接，所述相引入电极23的外部设有绝缘层10，所述绝缘层为绝缘套筒，所述外筒1通过接地线11接地，目的在于防止内筒支管下端、内筒下水管上端以及外筒带电，以防发生触电危，上述绝缘部件材料优选为聚四氟乙烯。

作为本实用新型的可选方案，所述曲杆电极5的底端为伞柄状，以防止尖端放电，导致水击穿产生氢气，从而不利于电极锅炉稳定运行。

作为本实用新型的可选方案，所述内筒2上设有内筒液位计12和内筒测温计13，所述内筒液位计12用于检测内筒液位高低，便于通过调节液位高度实现电极锅炉的功率调节，所述内筒测温计13用于检测内筒温度。

作为本实用新型的可选方案，所述外筒1上设有外筒液位计14和外筒测温计15，所述外筒液位计14用于检测外筒液位高低，所述外筒测温计15用于检测外筒温度。

作为本实用新型的可选方案，所述外筒1的底部设有排污口16、循环出水口17和给水管18，所述外筒1的侧边设有人孔19，布置排污口16的目的在于及时将外筒1底部沉积的杂质排去，以及锅炉停机检修时及时将炉水排尽；布置循环出水口17的目的在于将外筒1中具有一定温度的热水送入外部换热设备，降温后的炉水经内筒入水管6送入内筒，在内筒2完成炉水的加热过程；布置人孔19的目的在于，电极锅炉检修时检修人员可通过人孔19进入电极锅炉检修以及更换曲杆电极5。

作为本实用新型的可选方案，所述外筒1上设有排气阀20、调压口21和安全阀22，锅炉工作压力优选为1MPa，布置排气阀20的目的在于不定期排出电极锅炉内少量杂质气体；布置调压口21的目的在于将电极锅炉升高至一定压力运行；布置安全阀22目的在于，防止电极锅炉超压，保证其安全稳定运行。

作为本实用新型的可选方案，所述相引入电极23与外筒1通过法兰连接，相引入电极 23采用星形连接，材质优选为铜，相引入电极23底端通过螺母固定在圆形电极盘4的中心，内筒接零电位；相引入电极23的外接电压为0-10kV。

实施例二

本实施例的一种电极锅炉的功率计算方法，其特征在于：包括以下步骤，S1：以电极锅炉内筒为原型，根据不同的电极浸没深度建立内筒炉水的几何模型，划分网格；S2：将绘制完成的网格导入数值模拟软件中，检查网格并调整网格的尺寸比例；S3：选择求解器及求解方法；S4：通过电势方程计算电势分布，并计算相应的焦耳热，将计算得到的焦耳热附加到能量方程中，通过直接耦合的方式实现通电加热的数值模拟过程；S5：指定边界条件及材料物理性质；S6：初始化流场，开始迭代求解的过程，直到计算收敛；S7：对计算结果进行后处理查看温度场，是否存在超温现象，如存在超温现象，则增加入口流量并返回S5进行计算，直至无超温现象，进行下一步计算；S8：通过数值模拟计算所得电极锅炉功率是否满足设计功率，如不满足设计功率，则改变电极浸没深度及溶液电导率，返回S1进行计算，直至满足设计功率，进行下一步处理；S9：输出电极锅炉功率及进行计算结果的后处理。

在S4中，数值模拟计算时，开启电势模型，通过电势方程

计算电势分布，其中，

为电势，σ为电导率，S为电势源项；电流流过流体后产生得焦耳热可由

计算，通过将计算得到的焦耳热S_h1代入到能量方程

的S_h项中，其中，k_eff为有效导热系数，方程右边为导热项、粘性耗散项与源项，通过直接耦合的方式实现通电加热的数值模拟过程。

电极锅炉炉水的电导率与温度的关系由实验确定，并输入数值模拟软件中进行计算。

传统的电极锅炉功率求解方法，假设水的电导率处处相等，并将电极看作无限长的带电圆柱，但实际情况中由于炉水各处温度并不相等，若假设水的电导率处处相等会导致计算结果出现较大误差，而本文所述数值模拟计算技术方法，在物性参数中设置炉水电导率对温度变化的关系，可实现变电导率的电极式热水锅炉功率计算，提高了计算精度，并且可以通过数值模拟计算得出炉水电导率及电极浸没深度对功率的影响情况，实现对电极锅炉的功率调控。

通过进行数值模拟计算校核，可得内筒炉水温度分布及电场分布，避免出现局部超温现象，提高了电极锅炉的安全稳定性。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种电极锅炉，其特征在于：包括外筒和内筒，所述内筒包括若干圆柱内筒，所述圆柱内筒上设有圆形电极盘，所述圆形电极盘上沿其周向均布有若干曲杆电极，所述圆形电极盘的中心连接有相引入电极，相邻两个所述圆柱内筒相切布置，若干所述圆柱内筒底部连通并与内筒入水管相连，所述内筒的底部中心连接有内筒下水管，所述外筒上设有外筒入水口，所述内筒下水管的一端与所述外筒入水口连通。

2.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述内筒还包括内筒底板，若干所述圆柱内筒均安装于所述内筒底板上，所述内筒底板的边缘向内凹陷与所述外筒的内壁形成维修间距。

3.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述内筒入水管与所述圆柱内筒相连的一端为绝缘管，所述内筒下水管与所述外筒相连的一端为绝缘管，所述相引入电极的外部设有绝缘层，所述外筒通过接地线接地。

4.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述曲杆电极的底端为伞柄状。

5.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述内筒上设有内筒液位计和内筒测温计。

6.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述外筒上设有外筒液位计和外筒测温计。

7.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述外筒的底部设有排污口、循环出水口和给水管，所述外筒的侧边设有人孔。

8.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述外筒上设有排气阀、调压口和安全阀。

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