CZ20131006A3

CZ20131006A3 - Electrode boiler with full regulation of capacity

Info

Publication number: CZ20131006A3
Application number: CZ2013-1006A
Authority: CZ
Inventors: Jaroslav Gabriel
Original assignee: Walar Kappa A. S.
Priority date: 2013-12-15
Filing date: 2013-12-15
Publication date: 2014-08-06
Also published as: CZ304622B6; WO2015085974A1

Abstract

Elektrodový kotel s plnou regulací výkonu zahrnuje plášť (2) opatřený vstupem (1) a výstupem (9) pro ohřívanou kapalinu. Uvnitř pláště (2) je prostřednictvím izolátoru (6) upevněna alespoň trojice elektrod (3). Každá elektroda (3) je opatřena izolačním víkem (5) a je suvně uložena v elektricky nevodivém pohyblivém pouzdře (4), které je k pohonu (8) připojeno táhlem procházejícím průchodkou (7).The full power control electrode boiler includes a housing (2) provided with an inlet (1) and a heated liquid outlet (9). At least three electrodes (3) are fastened by means of an insulator (6) inside the housing (2). Each electrode (3) is provided with an insulating lid (5) and is slidably mounted in an electrically non-conductive movable housing (4) which is connected to the drive (8) by a rod extending through the bushing (7).

Description

Vynález se týká elektrodového kotle s plnou regulací výkonu pro ohřev vody, jehož elektrody jsou umístěny za sebou a výkon každé z nich je regulován zvlášť.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an electrode boiler with full power regulation for water heating, the electrodes of which are arranged one after the other and the output of each of which is regulated separately.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V současné době vzniká vlivem nárůstu počtu instalovaných nepredikovatelných zdrojů elektrické energie problém s regulací přenosové soustavy. Při náhlém zvýšení výroby elektrické energie větrnými elektrárnami, ať již v České republice či v jiné zemi propojené přenosové soustavy, dochází k přebytkům elektrické energie v přenosové soustavě, které je potřeba rychle eliminovat. Podobně nepredikovatelná je i výroba ve fotovoltaických elektrárnách.At present, due to the increase in the number of installed unpredictable sources of electricity, there is a problem with the regulation of the transmission system. The sudden increase in electricity production by wind power plants, whether in the Czech Republic or in another country of the interconnected transmission system, leads to surpluses of electricity in the transmission system, which need to be quickly eliminated. Similarly unpredictable is the production in photovoltaic power plants.

V současné době se přebytek elektrické energie v přenosové soustavě eliminuje především snižováním výroby elektrické energie v elektrárnách spalujících fosilní paliva. Možnosti regulace výroby elektrické energie v těchto elektrárnách jsou však omezené, a tak jsou často tyto elektrárny provozovány při vyšším výkonu, než by byl jejich ekonomický provoz vzhledem k výrobním nákladům a ceně elektrické energie na trhu. Klasické regulovatelné elektrárny jsou též vytlačovány obnovitelným zdroji. Zvýšené náklady elektráren hradí operátor přenosové soustavy a projevují se v poplatku za systémové služby, který je součástí ceny elektrické energie.Currently, the surplus of electricity in the transmission system is mainly eliminated by reducing electricity production in fossil fuel-fired power plants. However, the possibilities of regulating the generation of electricity in these power plants are limited, and so they are often operated at a higher output than their economic operation would be due to the cost of production and the price of electricity on the market. Conventional controllable power plants are also pushed out by renewable sources. The increased costs of the power plants are borne by the transmission system operator and are reflected in the system service charge, which is part of the electricity price.

Přebytek elektrické energie je možno regulovat i jiným způsobem než snižováním výkonu elektráren spalujících fosilní paliva. Dalším vhodným způsobem je rychlá přeměna této elektrické energie na jiný druh energie, kterou je možno okamžitě zužitkovat anebo akumulovat. Akumulace elektrické energie je také možná, avšak její možnosti jsou poměrně omezené a drahé. Levnějším způsobem je akumulace tepelné energie. Vhodným prostředkem pro přeměnu elektrické energie na tepelnou energii jsou elektrické kotle. Pro potřeby elektrické soustavy musí mít tyto elektrické kotle dostatečný výkon a musí být plně regulovatelné.Excess electricity can also be controlled in a way other than reducing the power of fossil fuel power plants. Another convenient method is to rapidly convert this electrical energy into another kind of energy that can be immediately utilized or stored. Accumulation of electricity is also possible, but its possibilities are relatively limited and expensive. The cheaper way is heat storage. Electric boilers are a suitable means of converting electrical energy into thermal energy. For the needs of the electrical system, these electric boilers must be of sufficient capacity and fully adjustable.

Některé dosavadní elektrické kotle využívají odporové topné tyče, které jsou regulovány tyristorovým regulátorem. Tyto elektrické kotle jsou však relativně drahé. Dále se na trhu vyskytují elektrodové elektrické kotle. Stávající typy elektrodových elektrických kotlů však mají omezenou možnost regulace a též jsou poměrně drahé.Some existing electric boilers use resistance heating rods which are controlled by a thyristor regulator. However, these electric boilers are relatively expensive. Furthermore, electrode electric boilers are on the market. Existing types of electrode electric boilers, however, have limited control possibilities and are also relatively expensive.

Uvedené nevýhody alespoň zčásti odstraňuje elektrodový kotel s plnou regulací výkonu podle vynálezu.These disadvantages are at least partially overcome by the electrode boiler with full power regulation according to the invention.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Elektrodový kotel s plnou regulací výkonu je charakterizován tím, že v plášti opatřeném vstupem a výstupem pro ohřívanou kapalinu je prostřednictvím izolátoru upevněna alespoň trojice elektrod, přičemž každá elektroda je opatřena izolačním víkem a je suvně uložena v elektricky nevodivém pohyblivém pouzdře, které je k pohonu připojeno táhlem procházejícím průchodkou.An electrode boiler with full power control is characterized in that at least three electrodes are mounted in the casing provided with the inlet and outlet for the heated liquid by means of an insulator, each electrode having an insulating lid and slidably mounted in an electrically nonconductive movable housing connected to the drive a rod passing through the grommet.

Každé elektricky nevodivé pohyblivé pouzdro je poháněno samostatně. Každá elektroda je plně zakrytelná v elektricky nevodivém pohyblivém pouzdře samostatně a tudíž plně regulovatelná, což umožňuje samostatnou regulaci výkonu každé elektrody.Each electrically nonconductive movable housing is driven separately. Each electrode is fully enclosed in an electrically nonconductive movable housing separately and hence fully controllable, allowing individual power regulation of each electrode.

Každá elektroda je připojena ke zdroji elektrické energie. Elektrický proud procházející elektrodami je měřen, přičemž podle požadovaného výkonu je ovládán pohyb elektricky nevodivých zakrývacích pouzder. Rozměry elektrodového kotle spinou regulací výkonu podle vynálezu jsou dány především požadovaným výkonem, vodivostí ohřívané vody a elektrickým napětím zdroje elektrické energie, k němuž je elektrodový kotel s plnou regulací výkonu podle vynálezu připojen.Each electrode is connected to a power source. The electrical current passing through the electrodes is measured, and the movement of the electrically nonconducting capsule shells is controlled according to the desired power. The dimensions of the electrode boiler according to the invention are based on the required output, the conductivity of the heated water and the electrical voltage of the power source to which the electrode boiler with full power regulation according to the invention is connected.

Elektrody v elektrodovém kotli s plnou regulací výkonu podle vynálezu nejsou umístěny v tlakové nádobě paralelně, jak je tomu u většiny dosavadních elektrodových kotlů, ale jsou umístěny v trubkovém plášti za sebou. Tím se značně zlevňuje výroba elektrodového kotle s plnou regulací výkonu podle vynálezu oproti výrobě dosavadních elektrodových kotlů, neboť lze využít standardní typizované součástky o značně menších průměrech, než je tomu u dosavadních elektrodových kotlů.The electrodes in the electrode boiler with full power regulation according to the invention are not placed in the pressure vessel in parallel, as is the case with most of the prior electrode boilers, but they are placed in the tubular casing one after the other. This makes the production of an electrode boiler with full power regulation according to the invention considerably cheaper than that of the prior art electrode boilers, since standardized standard components with considerably smaller diameters can be used than the prior art electrode boilers.

Elektrodový kotel s plnou regulací výkonu podle vynálezu je určen pro připojení ke zdroji elektrické energie o vysokém napětí a není tak potřeba použít drahý transformátor, který je nezbytný u odporových elektrokotlů. U elektrodového kotle s plnou regulací výkonu podle vynálezu je každá elektroda různě dlouhá. To je dáno tím, že vlivem nárůstu teploty se zvyšuje vodivost vody a tím i výkon elektrody. Proto je velikost odkrytého povrchu elektrody vzdálenější od vstupu pro ohřívanou kapalinu menší než velikost odkrytého povrchu elektrody bližší ke vstupu pro ohřívanou kapalinu.The electrode boiler with full power regulation according to the invention is intended to be connected to a high-voltage electric power source and thus it is not necessary to use an expensive transformer, which is necessary for resistance electric boilers. In the electrode boiler with full power regulation according to the invention, each electrode is of different length. This is due to the fact that, due to the temperature increase, the conductivity of the water and thus the performance of the electrode increases. Therefore, the size of the exposed electrode surface further away from the heated liquid inlet is smaller than the size of the exposed electrode surface closer to the heated liquid inlet.

Výkon elektrodového kotle s plnou regulací výkonu podle vynálezu je regulován nasouváním elektricky nevodivých pohyblivých pouzder na elektrody. Každé pouzdro je ovládáno samostatně, aby byl elektrický proud a tím i výkon každé ze tří fází stejný a nedocházelo k nesymetriím v rozvodné síti.The performance of the electrode boiler with full power regulation according to the invention is controlled by sliding electrically non-conductive movable sleeves onto the electrodes. Each housing is controlled separately so that the electric current and hence the power of each of the three phases is the same and there is no unbalance in the grid.

Výhody elektrodového kotle s plnou regulací výkonu podle vynálezu spočívají zejména v tom, že je plynule regulovatelný v plném rozsahu výkonu pomocí elektricky nevodivých pohyblivých pouzder, které zakrývají elektrody v závislosti na požadovaném výkonu, každá jeho elektroda je regulovatelná samostatně a také že sestává z typizovaných prvků.The advantages of the electrode boiler with full power regulation according to the invention are, in particular, that it is continuously adjustable over the full power range by means of electrically non-conductive movable housings, which cover the electrodes depending on the required power, each electrode is individually adjustable and .

v>hťa2Í<a na výkrzcedtv> hťa2Í <a at the drawing

XJbj asněaí výkresůmXJbj is now in the drawings

Na výkrese, s jehož pomocí bude vynález blíže objasněn, je znázorněn následující obrázek:The following figure illustrates the invention in more detail:

Na obrázku 1 je schématicky znázorněn elektrodový kotel s plnou regulací výkonu.Figure 1 schematically shows an electrode boiler with full power control.

Příklad Uskutečněn/ vynálezuExample Embodiment / invention

Elektrodový kotel s plnou regulací výkonu zahrnuje vnější plášť 2 opatřený vstupem f pro ohřívanou kapalinu a výstupem 9 pro ohřívanou kapalinu. Dále zahrnuje tři vnitřní elektrody připojené ke zdroji elektrické energie o vysokém napětí 6 000 V prostřednictvím izolátoru 6. Každá vnitřní elektroda 3 je na jednom konci opatřena izolačním víkem 5, přičemž její volný konec je suvně uložen v elektricky nevodivém pohyblivém pouzdře 4, které má v tomto případě, stejně jako každá elektroda, tvar válce. Každé elektricky nevodivé pohyblivé pouzdro 4 je k pohonu 8 připojeno táhlem procházejícím průchodkou Ί.The electrode boiler with full power regulation comprises an outer shell 2 provided with a heated liquid inlet f and a heated liquid outlet 9. It further comprises three internal electrodes connected to a high-voltage electric source of 6000 V by means of an insulator 6. Each internal electrode 3 is provided at one end with an insulating cover 5, its free end being slidably mounted in an electrically nonconductive movable housing 4 having in this case, like any electrode, the shape of the cylinder. Each electrically nonconductive movable sleeve 4 is connected to the drive 8 by a rod passing through the grommet Ί.

Vnější plášť 2, elektrodového kotle spinou regulací výkonu tvoří ocelová trubka o průměru 400 mm, délce 8000 mm a tloušťce stěny 10 mm. Izolátory 6 jsou porcelánové. Elektricky nevodivá pohyblivá pouzdra 4 jsou plastové válce s plastovým dnem, které zakrývají elektrody 3. Míra zakrytí každé elektrody 3 odpovídá požadovanému výkonu elektrodového kotle s plnou regulací výkonu. Každé elektricky nevodivé pohyblivé pouzdro 4 je ovládáno vlastním pohonem 8 pomocí ovládacího táhla procházející průchodkou 7.The outer casing 2 of the electrode boiler with a throughput power control consists of a steel tube with a diameter of 400 mm, a length of 8000 mm and a wall thickness of 10 mm. The insulators 6 are porcelain. The electrically nonconductive movable housings 4 are plastic cylinders with plastic bottom which cover the electrodes 3. The degree of coverage of each electrode 3 corresponds to the required power of the electrode boiler with full power regulation. Each electrically nonconductive movable housing 4 is controlled by its own drive 8 by means of a control rod passing through the bushing 7.

Elektricky nevodivá pohyblivá pouzdra 4 jsou pro teploty ohřívané kapaliny do 130 °C z polypropylenu; pro vyšší teploty jsou z teflonu.The electrically nonconductive movable housings 4 are made of polypropylene for heated liquid temperatures up to 130 ° C; for higher temperatures are made of teflon.

Vstup 1 pro ohřívanou kapalinu i výstup 9 pro ohřívanou kapalinu jsou opatřeny typizovanými přírubami.The heated liquid inlet 1 and the heated liquid outlet 9 are provided with standardized flanges.

Elektrodový kotel s plnou regulací výkonu má výkon 5 MW a je určen pro ohřev vody ! .,., ...The electrode boiler with full output regulation has an output of 5 MW and is intended for water heating! .,., ...

o 30 °C.by 30 ° C.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Elektrodový kotel s plnou regulací výkonu podle vynálezu je průmyslově využitelný především k regulaci přebytků elektrické energie v přenosové soustavě. Vzhledem k přesnosti a rychlosti regulace je možné využít elektrodový kotel s plnou regulací výkonu podle vynálezu pro všechny druhy standardních systémových služeb jako je primární regulace, sekundární regulace a terciární regulace (takzvaná minutová záloha). Elektrodový kotel s plnou regulací výkonu podle vynálezu může pracovat jednak samostatně napojený na tepelné soustavy nebo v kombinaci s generátory klasických tepláren a elektráren. V případě nízké potřeby teplaje vhodná kombinace elektrodového kotle s plnou regulací výkonu podle vynálezu s akumulátorem tepla.The electrode boiler with full power regulation according to the invention is industrially usable primarily for the regulation of excess electricity in the transmission system. Due to the accuracy and speed of the regulation, it is possible to use the electrode boiler with full power regulation according to the invention for all kinds of standard system services such as primary regulation, secondary regulation and tertiary regulation (so-called minute standby). The electrode boiler with full power regulation according to the invention can work either separately connected to heating systems or in combination with generators of conventional heat and power plants. In the case of low heat demand, a combination of an electrode boiler with full power regulation according to the invention with a heat accumulator is suitable.

Seznam vztahových značek vstup pro ohřívanou kapalinu plášť elektroda pouzdro víko izolátor průchodka pohon výstup pro ohřívanou kapalinuReference list heated liquid inlet housing electrode housing cover insulator bushing actuator heated liquid outlet

Claims

An electrode boiler with full power regulation, characterized in that at least three electrodes (3) are fixed in the casing (2) provided with an inlet (1) and an outlet (9) for heated liquid by means of an insulator (6), each electrode (3) it is provided with an insulating lid (5) and is slidably mounted in an electrically non-conductive movable sleeve (4), which is connected to the drive (8) by a rod passing through the bushing (7).