具有新型功率调节方式的高压电极锅炉及其功率调节方法与流程

1.本发明涉及锅炉加热的技术领域，特别是涉及一种具有新型功率调节方式的高压电极锅炉及其功率调节方法。


背景技术：

2.传统煤炭供暖方式污染物排放严重，导致冬季雾霾锁城。全国各地逐渐淘汰中小型燃煤锅炉，采用煤改电清洁能源。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，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。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供一种具有新型功率调节方式的高压电极锅炉及其功率调节方法，通过设置一个静电极和一个动电极，动电极可在升降机构的作用下上下升降，从而调节静电极和动电极二者之间的间距，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。
4.为实现上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：本发明提供一种具有新型功率调节方式的高压电极锅炉，包括静电极，还包括炉桶、上法兰、下法兰、动电极、支座和机箱，所述炉桶的顶端固定连接上法兰，上法兰的上端固定有上盲板，垂向的绝缘瓷瓶穿过上盲板上的开孔并固定在上盲板上，电极连接杆嵌装在所述绝缘瓷瓶的内侧并在深入炉桶内侧的底端连接静电极；静电极的下侧设置有动电极，动电极固定在升降机构上，所述炉桶的底端固定连接下法兰，下法兰的底端固定连接下盲板，下盲板的底端连接支座，支座与机箱固定连接；炉桶的一侧下部设置进水口，炉桶的一侧上部设置出水口。
5.上述技术方案中，所述静电极和动电极均为三相电极。
6.上述技术方案中，所述绝缘瓷瓶的顶部与所述电极连接杆的连接部位设置上密封垫，所述绝缘瓷瓶的底端与所述静电极的连接部位设置下密封垫。
7.一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，所述动电极固定在所述提升板上，所述提升电机固定安装在所述上盲板上，提升电机的输出端向下连接提升轴，提升轴穿过上盲板并与所述提升板连接。
8.上述技术方案中，所述提升电机通过固定筒安装在所述上盲板上，所述固定筒与所述上盲板之间连接有密封装置。
9.上述技术方案中，所述提升轴为t型轴。
10.一种可能的技术方案中，所述动电极的外侧至所述静电极的外侧之间连接有保护盾。
11.一种可能的技术方案中，所述炉桶的外侧包裹设置保温层。
12.本发明还提供一种高压电极锅炉的功率调节方法，是根据上述的具有新型功率调节方式的高压电极锅炉实现的，将静电极与动电极同时浸没在炉桶内的水中，将高压电接至炉桶顶端的电极连接杆上，启动升降机构，动电极可在升降机构的作用下上下升降，从而调节静电极和动电极二者之间的间距，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。
13.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
14.图1是本发明实施例的具有新型功率调节方式的高压电极锅炉的剖视结构示意图；图2是本发明实施例的具有新型功率调节方式的高压电极锅炉的侧视结构示意图；图3是上盲板安装在炉桶上的俯视结构示意图；附图标记：1、炉桶；2、上法兰；3、上盲板；4、下法兰；5、下盲板；6、绝缘瓷瓶；7、电极连接杆；8、上密封垫；9、下密封垫；10、静电极；11、动电极；12、提升板；13、提升轴；14、密封装置；15、固定筒；16、提升电机；17、保护盾；18、进水口；19、出水口；20、支座；21、机箱。
具体实施方式
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.本发明创新提出一种具有新型功率调节方式的高压电极锅炉，是基于浸没式电极锅炉而提出的，如图1所示，包括炉桶1、上法兰2、下法兰4、动电极11、支座20和机箱21，所述炉桶1的顶端固定连接上法兰2，上法兰2的上端固定有上盲板3，垂向的绝缘瓷瓶6穿过上盲板3上的开孔并固定在上盲板3上，电极连接杆7嵌装在所述绝缘瓷瓶6的内侧并在深入炉桶1内侧的底端连接静电极10；静电极10的下侧设置有动电极11，动电极11固定在升降机构上，所述炉桶1的底端固定连接下法兰4，下法兰4的底端固定连接下盲板5，下盲板5的底端连接支座20，支座20与机箱21固定连接；炉桶1的一侧下部设置进水口18，炉桶1的一侧上部设置出水口19；炉桶内自进水口引入低电导率水，静电极10和动电极11同时浸没在水中，将高压电接至炉桶1顶端的电极连接杆7，两电极间水作为电阻，当电流通过电解质溶液的时候，就会产生热水和蒸汽，启动升降机构，动电极11可在升降机构的作用下上下升降，从而调节静电极10和动电极11二者之间的间距，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；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。
20.本发明依据的技术原理如下：静电极与动电极均浸没在炉桶内的水中，静电极连接高压电，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/sp=u
²
/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。
21.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7，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。
22.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。
23.如图1至图2所示，根据本发明的一种具有新型功率调节方式的高压电极锅炉，具体制作时，炉桶1可采用无缝管裁切，保证圆度的同时节省制作时间，炉体上端采用上法兰2和上盲板3连接，炉体下端采用下法兰4和下盲板5连接，法兰、盲板均为标准件，静电极10和动电极11采用不锈钢铸造而成，可达到加热功率的同时延长了使用寿命；绝缘瓷瓶6的作用是将电极连接杆7与上盲板3绝缘隔离，保证电极锅炉的安全性能，优选地，绝缘瓷瓶6选用高铝瓷制作，制作时需要注意保证各接触面平整，由于其强度极高，满足了绝缘强度的同时提高了电极安装所需的强度；电极连接杆7采用与电极同样材质加工，保证导电性能及使用寿命；升降机构可采用任意形式的设备、装置或机构，本发明不做具体限定，例如，升降机构包括但不限于是滑轮组、气缸、液压缸或电动丝杠等；支座20可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，优选地，支座20为可拆卸设置，便于安装操作；具体地，支座20采用槽钢或无缝管均可，进一步优选地，支座20均匀设置为四套，如此分布使其受力较均匀；进水口18和出水口19可采用无缝管与炉体连接，进水口18在炉体下侧，用于通入电解质水，出水口在炉体上
侧，保证锅炉高温出水；整体制作完成后将炉体放置在机箱底座上，与机箱底座采用固定连接方式连接，保证稳定。机箱采用喷塑形式，根据炉体外形尺寸定做加工，固定炉体后固定机箱面板，面板拼装完毕后锅炉整体制作完毕。
24.本发明的一种优选的实施方式中，静电极10和动电极11均为三相电极，加热原理是基于三相电高压电流通过设定电导率的炉水释放大量热能从而生产可加以控制和利用的热水或蒸汽。此技术解决了锅炉的干烧安全问题，如果没有水，电流就没有了传递的介质，也就无法产生蒸汽和热水，三相电极与电极间的水脱离时电极间的电流通道被切断。如图3所示，静电极10的三相电极的垂向位置对称均布对应在上盲板3的外侧的三个通孔位置。
25.本发明为了防止安全隐患，延长电极锅炉的使用寿命，绝缘瓷瓶6的顶部与所述电极连接杆7的连接部位设置上密封垫8，所述绝缘瓷瓶6的底端与所述静电极10的连接部位设置下密封垫9，密封垫可以选用四氟垫，具有耐高温、耐压、绝缘强度高等优点，可采用高强螺栓进行固定。
26.本发明的一种具体实施方式中，升降机构包括提升电机16和提升板12，所述动电极11固定在所述提升板12上，所述提升电机16固定安装在所述上盲板3上，提升电机16的输出端向下连接提升轴13，提升轴13穿过上盲板3并与所述提升板12连接，提升电机通过提升轴带动提升板进行升降运动而带动动电极11进行同步升降运动；优选地，提升电机16采用步进电机或伺服电机，并需要精准计数，以确保功率调节准确无误；提升轴13较佳地选择不锈钢材质t型轴，保证在水中长期浸泡运行，提升板12与提升轴13采用提升螺母紧固（图中未示出）, 提升螺母采用铜材质定制螺母，保证与t型轴连接紧密且运转无卡顿，保证功率调节的稳定性。
27.作为上述实施方式的一种改进，提升电机16通过固定筒15安装在所述上盲板3上，固定筒为提升电机与炉体间连接件，其长度与直径需保证与静电极的安全间距，保证锅炉安全运行，所述固定筒15与所述上盲板3之间连接有密封装置14，密封装置保证固定筒位置运行无渗漏，密封完好；密封装置可以为外购现有的密封套件，能够实现密封作用的组件均可适用。
28.本发明的一种优选的实施方式中，动电极11的外侧至所述静电极10的外侧之间连接有保护盾17，保护盾将静电极和动电极包围，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17选用陶瓷材质；本实施例中，保护盾17为竖向的圆筒状，保护盾17的底端固定在提升板12上，保护盾17同时将静电极10和动电极11包围于其内侧，保护盾17的顶端开口，与静电极10无连接，保护盾17可随提升板12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。
29.本发明的一种优选的实施方式中，炉体制作完成后，对锅炉进行加水打压试验，查看是否有滴漏现象，若有则需要排水进行补焊，补焊后重新进行打压试验，若无滴漏现象保压30min后排水即可；然后在炉桶1的外侧包裹设置保温层（图中未示出），保温层可根据实际使用要求选择任意适合的耐高温的保温材料，例如可采用厚度为80mm的耐高温硅酸铝保温层，保证几乎无热损失，保温层外层采用冷板包装。
30.本发明的一种优选的实施方式中，高压电极锅炉还配置控制系统，控制系统采用plc智能控制，具备一键启动功能。
31.本发明实施例的高压电极锅炉的功率调节方法，自进水口18通入电解质水，将静电极10与动电极11同时浸没在炉桶1内的水中，将高压电接至炉桶1顶端的电极连接杆7上，启动升降机构，动电极11可在升降机构的作用下上下升降，从而调节静电极10和动电极11二者之间的间距，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。
32.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。