RU2026511C1

RU2026511C1 - Electrode steam boiler

Info

Publication number: RU2026511C1
Authority: RU
Inventors: В.Л. Лосев; Г.Е. Келин; В.Н. Борискина
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью - Фирма "Энстэк Лтд."
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1995-01-09

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: phase and zero electrodes are arranged in a housing. The phase electrodes are fixed to the bottom and connected with a tree-phase circuit. The zero electrodes are mounted for permitting vertical displacement by a drive and electrically connected with the housing. An injector, which are coupled with the outlet of the pipe line for supplying water, is situated inside the phase electrode under the zero electrode. There are swirlers in the boiler. Each swirler is received within a ring space between the electrodes above the injector. A radial passage for ejecting water from the housing is provided on the side of each phase electrode. The side of each zero electrode, which faces inner side of the phase electrode, has screw cutting above the swirler. The openings for discharging steam are made in the hollows of the cuttings. The tops of the projections have flat chamferings. The boiler includes a steam heater connected to the three-phase circuit. The heater is positioned under a branch pipe for discharging steam above the screw cuttings. A perforated baffle, which is arranged above the screw cuttings, can be mounted inside the housing and rigidly secured to the housing. Th zero electrodes provided on the side above the baffle have additional openings for discharging steam. EFFECT: enhanced efficiency. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротеплоснабжению и предназначено для производства горячей воды и пара в различных технологических процессах. The invention relates to electrical heat supply and is intended for the production of hot water and steam in various technological processes.

Известен электродный паровой котел, содержащий корпус с трубопроводом для подвода воды и патрубком для выхода пара, коаксиально расположенные с образованием кольцевого зазора фазные и нулевые электроды, перегородку, средство для удаления пузырьков пара с поверхностей электродов и узел для обеспечения циркуляции жидкости [1]. Known electrode steam boiler containing a housing with a pipe for supplying water and a pipe for steam output, coaxially arranged to form an annular gap phase and zero electrodes, a partition, a means for removing vapor bubbles from the surfaces of the electrodes and a node for circulating liquid [1].

Недостатком указанного устройства является сложность конструкции из-за наличия циркуляционного насоса, имеющего низкую надежность работы. Кроме того, циркуляционный насос перекачивает воду, находящуюся при температуре насыщения, в связи с чем срок службы его ограничен, что в конечном итоге значительно снижает эксплуатационные показатели электродного парового котла. The disadvantage of this device is the design complexity due to the presence of a circulation pump having low reliability. In addition, the circulation pump pumps water at saturation temperature, and therefore its service life is limited, which ultimately significantly reduces the performance of the electrode steam boiler.

Наиболее близким к изобретению является электродный паровой котел, содержащий корпус с трубопроводом для подвода воды и патрубком для выхода пара, коаксиально расположенные с образованием кольцевого зазора фазные и нулевые электроды, первые из которых неподвижно закреплены в днище и подключены к сети трехфазного тока, а вторые связаны с общим приводом для их вертикального перемещения и электрически соединены с корпусом [2]. Closest to the invention is an electrode steam boiler containing a housing with a pipe for supplying water and a pipe for steam output, phase and zero electrodes coaxially arranged to form an annular gap, the first of which are fixedly mounted in the bottom and connected to a three-phase current network, and the second are connected with a common drive for their vertical movement and electrically connected to the housing [2].

Его недостатками являются низкая удельная напряженность электрического поля в связи с тем, что поток воды между электродами обусловлен лишь естественной циркуляцией воды в котле, а образующиеся в межэлектродных пространствах пузырьки пара ограничивают проводимость кольцевых зазоров между электродами. Указанное приводит к тому, что паропроизводительность котла с естественной циркуляцией не может быть увеличена в связи с тем, что для высокой производительности требуются электроды значительных размеров или увеличенного количества. Однако размеры электродов также ограничиваются неэффективной работой электрического поля в верхней части электродов, где образуется значительное количество пара, который имеет низкую электрическую проводимость. Its disadvantages are the low specific electric field strength due to the fact that the water flow between the electrodes is caused only by the natural circulation of water in the boiler, and the vapor bubbles formed in the interelectrode spaces limit the conductivity of the ring gaps between the electrodes. This leads to the fact that the steam capacity of the boiler with natural circulation cannot be increased due to the fact that high performance requires electrodes of significant size or increased quantity. However, the size of the electrodes is also limited by the inefficient operation of the electric field in the upper part of the electrodes, where a significant amount of steam is formed, which has a low electrical conductivity.

Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении удельной напряженности электрического поля и уменьшении габаритов котла. The invention is aimed at solving the problem of increasing the specific electric field strength and reducing the dimensions of the boiler.

Поставленная задача решается за счет создания скоростного потока в зоне электрического поля и возможности непрерывного удаления пара из зоны электрического поля. The problem is solved by creating a high-speed flow in the electric field zone and the possibility of continuous removal of steam from the electric field zone.

Кроме того, при необходимости обеспечивается возможность получения перегретого пара и имеется возможность увеличения поверхности взаимодействия между электродами. In addition, if necessary, it is possible to obtain superheated steam and there is the possibility of increasing the interaction surface between the electrodes.

Для решения поставленной задачи электродный паровой котел, содержащий корпус с трубопроводом для подвода воды и патрубком для выхода пара, коаксиально расположенные с образованием кольцевого зазора фазные и нулевые электроды, первые из которых неподвижно закреплены в днище и подключены к сети трехфазного тока, а вторые связаны с общим приводом для их вертикального перемещения и электрически соединены с корпусом, дополнительно снабжен инжекторами, каждый из которых установлен внутри фазного электрода под нулевым электродом и связан с выходом трубопровода для подвода воды, и завихрителями, каждый из которых расположен в кольцевом зазоре над инжектором, при этом на боковой поверхности каждого фазного электрода выполнены радиальные каналы для эжекции воды из корпуса, а поверхность каждого нулевого электрода над завихрителем, обращенная к внутренней поверхности фазного электрода, имеет винтовую нарезку, во впадинах которой выполнены отверстия для выхода пара. При этом котел снабжен расположенным под патрубком для выхода пара и над винтовыми нарезками нулевых электродов перегревателем пара, подключенным к сети трехфазного тока. Кроме того, котел снабжен жестко связанной с корпусом перфорированной перегородкой, расположенной над винтовыми нарезками нулевых электродов, имеющих на боковой поверхности над перегородкой дополнительные отверстия для выхода пара. To solve this problem, an electrode steam boiler containing a housing with a pipeline for supplying water and a pipe for steam output, phase and zero electrodes coaxially arranged to form an annular gap, the first of which are fixedly mounted in the bottom and connected to a three-phase current network, and the second are connected to a common drive for their vertical movement and electrically connected to the housing, is additionally equipped with injectors, each of which is installed inside the phase electrode under the zero electrode and is connected with the outlet of the pipeline for water supply, and swirls, each of which is located in the annular gap above the injector, while on the side surface of each phase electrode there are radial channels for ejecting water from the housing, and the surface of each zero electrode above the swirl, facing the inner surface of the phase electrode has a screw thread, in the hollows of which holes are made for the exit of steam. In this case, the boiler is equipped with a steam superheater located under the branch pipe for steam output and above the screw threads of the zero electrodes, connected to a three-phase current network. In addition, the boiler is equipped with a perforated partition rigidly connected to the housing, located above the screw threads of the zero electrodes, which have additional openings for steam exit on the side surface above the partition.

Целесообразно также выполнить вершины выступов винтовых нарезок каждого нейтрального электрода плоско срезанными. It is also advisable to make the tops of the protrusions of the screw threads of each neutral electrode flat cut.

На фиг.1 показан электродный паровой котел, продольный разрез; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1. Figure 1 shows an electrode steam boiler, a longitudinal section; figure 2 is a section bB in figure 1.

Электродный паровой котел содержит корпус 1 с трубопроводом 2 для подвода воды и патрубком 3 для выхода пара, коаксиально расположенные фазные 4 и нулевые 5 электроды, центры которых размещены в вершинах равностороннего треугольника. Фазные 4 электроды неподвижно укреплены в днище 6 и подключены к сети трехфазного тока (не показана). Нулевые 5 электроды связаны с общим приводом 7 для их вертикального перемещения и электрически соединены с корпусом 1 через перфорированную перегородку 8, жестко связанную с ним. Нулевые 5 и фазные 4 электроды установлены с образованием между ними кольцевых зазоров 9. Каждый из инжекторов 10 установлен внутри фазного 4 электрода под нулевым 5 электродом и связан с выходом трубопровода 2 для подвода воды. Каждый завихритель 11 расположен в кольцевом зазоре 9 над инжектором 10. На боковой поверхности каждого фазного 4 электрода выполнены радиальные каналы 12 для эжекции воды из корпуса 1. Поверхность каждого нулевого 5 электрода над завихрителем 11, обращенная к внутренней поверхности фазного 4 электрода, имеет винтовую нарезку 13, во впадинах которой выполнены отверстия 14 для выхода пара. Под патрубком 3 для выхода пара и над винтовыми нарезками 13 нулевых 5 электродов расположен перегреватель 15 пара, который подключен к сети трехфазного тока. Перфорированная перегородка 8 расположена над винтовыми нарезками 13 нулевых 5 электродов, которые имеют на боковой поверхности над перегородкой 8 дополнительные отверстия 16 для выхода пара. Для увеличения поверхности взаимодействия между электродами вершины выступов 17 винтовых нарезок 13 каждого нейтрального 5 электрода выполнены плоско срезанными. Для обеспечения соосности фазных 4 и нулевых 5 электродов в каждом завихрителе 11 выполнено осевое отверстие для размещения в нем направляющей 18 из диэлектрика, которая связана с нижним торцом нулевого 5 электрода. Вертикальное перемещение нулевых 5 электродов может быть обеспечено, например, электрическим или гидравлическим приводом 7. Расстояние между электродами рассчитывается в зависимости от удельной проводимости воды и напряжения трехфазной электрической сети. Корпус 1 в целях безопасности заземлен. Нулевые 5 электроды заземлены через перфорированную перегородку 8 и корпус 1. The electrode steam boiler contains a housing 1 with a pipe 2 for supplying water and a pipe 3 for steam output, coaxially arranged phase 4 and zero 5 electrodes, the centers of which are located at the vertices of an equilateral triangle. Phase 4 electrodes are fixedly mounted in the bottom 6 and connected to a three-phase current network (not shown). Zero 5 electrodes are connected to a common drive 7 for their vertical movement and are electrically connected to the housing 1 through a perforated partition 8, rigidly connected with it. Zero 5 and phase 4 electrodes are installed with the formation of annular gaps between them 9. Each of the injectors 10 is installed inside the phase 4 electrode under the zero 5 electrode and is connected to the outlet of the pipe 2 for water supply. Each swirl 11 is located in the annular gap 9 above the injector 10. On the side surface of each phase 4 electrode there are radial channels 12 for ejecting water from the housing 1. The surface of each zero 5 electrode above the swirl 11 facing the inner surface of the phase 4 electrode has a screw thread 13, in the hollows of which openings 14 are made for steam output. Under the pipe 3 for steam output and above the screw threads 13 of the zero 5 electrodes is a superheater 15 of the steam, which is connected to a three-phase current network. The perforated partition 8 is located above the screw threads 13 of the zero 5 electrodes, which have additional openings 16 for steam exit on the side surface above the partition 8. To increase the interaction surface between the electrodes, the tops of the protrusions 17 of the screw threads 13 of each neutral 5 electrode are made plane cut. To ensure the alignment of the phase 4 and zero 5 electrodes in each swirler 11, an axial hole is made for placing a dielectric guide 18 in it, which is connected with the lower end of the zero 5 electrode. The vertical movement of the zero 5 electrodes can be ensured, for example, by an electric or hydraulic drive 7. The distance between the electrodes is calculated depending on the specific conductivity of the water and the voltage of the three-phase electric network. Case 1 is grounded for safety reasons. Zero 5 electrodes are grounded through a perforated partition 8 and the housing 1.

Электродный паровой котел работает следующим образом. The electrode steam boiler operates as follows.

Корпус 1 заполняют водой до заданного уровня. Затем подают напряжение на электроды, между которыми начинает протекать ток. Это приводит к нагреву и испарению воды. Вследствие испарения воды ее уровень в корпусе 1 понижается до заданного значения, контролируемого датчиком 13 уровня. Сигнал от датчика уровня 19 поступает на вторичный прибор 20, который подает командный сигнал на открытие вентиля 21 для покрытия расхода пара. The housing 1 is filled with water to a predetermined level. Then voltage is applied to the electrodes, between which a current begins to flow. This leads to heating and evaporation of water. Due to the evaporation of water, its level in the housing 1 is reduced to a predetermined value controlled by the level sensor 13. The signal from the level sensor 19 is supplied to the secondary device 20, which gives a command signal to open the valve 21 to cover the flow of steam.

Питательная вода по трубопроводу 2, оснащенному вентилем 21, поступает в инжекторы 10, а через радиальные каналы 12 вода, находящаяся в корпусе 1, подсасывается струей питательной воды и смешивается с ней. Двигаясь внутри фазных 4 электродов, поток смеси воды из корпуса 1 и питательной воды поступает в завихрители 11, в которых происходит закручивание потока. После этого поток воды по кольцевым зазорам 9 поступает в активные части межэлектродных зазоров, которые находятся под напряжением. В результате вода нагревается до такой степени, что в ней появляются пузырьки пара. Пароводяная смесь, образующаяся в активных частях межэлектродных кольцевых зазоров 9, двигается в винтовых нарезках 13, за счет центробежных сил происходит разделение фаз смеси: вода отбрасывается к внутренним поверхностям фазных 4 электродов, а пар, образовавшийся в процессе нагревания воды, выходит через отверстия 14 во внутренние полости нейтральных 5 электродов и через дополнительные отверстия 16 выходит в пространство корпуса 1 над слоем воды, находящимся над перфорированной перегородкой 8. Нагретая вода с частью пара проходит через кольцевые зазоры 9 и выходит в пространство корпуса 1 под перегородкой 8, которая размещена под уровнем воды. Перегородка 8 предназначена для отделения образовавшегося пара от воды. В корпусе 1 пар, выходящий через перегородку 8 и барботирующийся через небольшой слой воды, находящийся над перегородкой 8, двигается вверх и происходит гравитационная сепарация пара. Перед поступлением пара в перегреватель 15 или выходом пара через патрубок 3 из котла может быть установлен в корпусе 1 над перегородкой 8 узел для окончательной осушки пара (не показан) в виде, например, перфорированного листа или жалюзийного сепаратора. Feed water through a pipe 2, equipped with a valve 21, enters the injectors 10, and through the radial channels 12, the water in the housing 1 is sucked in by a stream of feed water and mixed with it. Moving inside the phase 4 electrodes, the flow of a mixture of water from the housing 1 and the feed water enters the swirlers 11, in which the flow swirls. After this, the flow of water through the annular gaps 9 enters the active parts of the interelectrode gaps, which are energized. As a result, the water is heated to such an extent that vapor bubbles appear in it. The steam-water mixture formed in the active parts of the interelectrode ring gaps 9 moves in screw threads 13, due to centrifugal forces, the phases of the mixture are separated: water is discharged to the inner surfaces of the phase 4 electrodes, and the vapor formed during heating of the water exits through openings 14 into internal cavities of neutral 5 electrodes and through additional openings 16 enters the space of the housing 1 above the water layer located above the perforated partition 8. Heated water with part of the steam passes through tsevye clearances 9 and comes into the space of the housing 1 under the partition 8, which is placed under the water level. The partition 8 is designed to separate the generated steam from the water. In case 1, steam exiting through partition 8 and sparging through a small layer of water located above partition 8 moves upward and gravitational separation of steam occurs. Before the steam enters the superheater 15 or the steam exits through the pipe 3 from the boiler, a unit for the final drying of steam (not shown) can be installed in the housing 1 above the partition 8 in the form, for example, of a perforated sheet or a louvre separator.

При необходимости получения перегретого пара над перегородкой 8 под патрубком 3 для выхода пара может быть установлен перегреватель 15 пара в виде электрического нагревателя, выполненного в виде, например, плоских или трубчатых, или спиральных, или других нагревательных элементов, подключенных к сети трехфазного тока. If it is necessary to obtain superheated steam above the partition 8 under the pipe 3 for steam output, a steam superheater 15 can be installed in the form of an electric heater made, for example, in the form of flat or tubular, or spiral, or other heating elements connected to a three-phase current network.

Номинальная паропроизводительность котла обеспечивается за счет соответствующих размеров электродов. Кроме того, регулирование давления осуществляется регулятором (не показан), воздействующим на вентиль 22. Nominal steam capacity of the boiler is ensured by the corresponding size of the electrodes. In addition, the pressure is controlled by a regulator (not shown) acting on the valve 22.

Регулирование мощности котла производят путем вертикального перемещения нейтральных 5 электродов. В результате изменяется величина слоя воды между электродами, что приводит к изменению мощности котла: уменьшение величины слоя воды между электродами приводит к уменьшению омического сопротивления слоя воды и увеличению мощности котла, а при увеличении величины слоя воды между электродами, мощность котла уменьшается. Глубина перемещения нейтральных 5 электродов выбирается с учетом сохранения номинальной мощности котла. The boiler power is controlled by vertical movement of the neutral 5 electrodes. As a result, the size of the water layer between the electrodes changes, which leads to a change in the boiler power: a decrease in the value of the water layer between the electrodes leads to a decrease in the ohmic resistance of the water layer and an increase in the power of the boiler, and with an increase in the value of the water layer between the electrodes, the boiler power decreases. The depth of movement of the neutral 5 electrodes is selected taking into account the preservation of the rated power of the boiler.

Claims

1. ELECTRODE STEAM BOILER, comprising a housing with a pipeline for supplying water and a pipe for steam output, coaxial phase and zero electrodes, the first of which are fixedly mounted in the bottom and connected to a three-phase current network, and the second are connected to a common drive for their vertical movement and electrically connected to the housing, characterized in that it further comprises injectors and swirls, zero electrodes are installed each with the formation of an annular gap inside the phase electrode, the injectors are each inside of the latter under the zero electrode and are connected to the outlet of the water supply pipe, the swirlers are each located in the indicated annular gap above the injector, while on the side surface of each phase electrode there are made radial channels for ejecting water from the housing, and the surface of each zero electrode above the swirl is facing surface of the phase electrode, has a screw thread, in the hollows of which holes are made for the exit of steam.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that it is equipped with a steam superheater located under the steam outlet and above the screw threads of the zero electrodes and connected to a three-phase current network.

3. The boiler according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that it is equipped with a perforated partition, rigidly fastened to the housing and located above the screw threads of the zero electrodes, on the side surface of which above the partition there are additional openings for steam exit.

4. The boiler according to paragraphs. 1 to 3, characterized in that the vertices of the protrusions of the screw threads of each neutral electrode are truncated.