本發(fā)明屬于鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電極式蒸汽鍋爐及其工作方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的落實(shí)，新能源發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)建立了一大批太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源。同時(shí)，由于國(guó)家對(duì)高耗能產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了改造，對(duì)一些落后產(chǎn)能進(jìn)行了淘汰，使得我國(guó)對(duì)能源的需求在一定程度上也逐漸減少，因此近幾年我國(guó)對(duì)電力的需求增長(zhǎng)緩慢，造成我國(guó)北方地區(qū)的棄光、棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重。如何對(duì)這些棄光棄風(fēng)進(jìn)行消納，國(guó)家出臺(tái)了相關(guān)優(yōu)惠政策。同時(shí)為了降低排放，減少霧霾，全國(guó)各地逐步淘汰高污染的燃煤鍋爐，要求改用清潔能源。
電鍋爐是一種零排放的熱能設(shè)備。目前的電鍋爐主要采用380v低壓電，電熱管加熱方式，此種加熱方式制約了鍋爐的總功率，單臺(tái)設(shè)備的加熱功率一般不超過3mw。而且低壓電源需要配置變壓器、高低壓配電柜等設(shè)備，電力系統(tǒng)的投資大，且電力損耗大。
電極式蒸汽鍋爐是一種大功率的電鍋爐，可以為用戶提供蒸汽，也可以提供熱水（通過換熱設(shè)備）。利用電極式蒸汽鍋爐為用戶提供采暖或者生產(chǎn)用蒸汽，是風(fēng)光消納的一種較好方案。電極式蒸汽鍋爐是零排放的熱能設(shè)備，其單臺(tái)設(shè)備的加熱功率可達(dá)到幾十兆瓦，可大大節(jié)省用戶的投資。專利號(hào)為zl200920117992.0的專利公開了一種電極式蒸汽鍋爐，該鍋爐為噴射式結(jié)構(gòu)，該專利中利用噴水筒向高壓電極和反電極噴水，從而對(duì)水進(jìn)行加熱汽化。但該專利高壓電極和反電極完全暴露在水外，穩(wěn)定性、可靠性差，存在極大地安全隱患。具體的，噴射式電極鍋爐主要存在以下問題：
1）爐水電導(dǎo)率很高，是浸沒式電極鍋爐的幾十倍，在加熱過程中容易產(chǎn)生電解。
2）鍋爐加熱為星型接法，爐體為中心點(diǎn)，存在較大漏電流，必須采用隔離變壓器，否則無法運(yùn)行。
3）鍋爐三相不平衡，爐體存在一定的漏電流，若爐體接地出現(xiàn)故障，將出現(xiàn)安全事故。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種電極式蒸汽鍋爐及其工作方法，利用6～20kv高壓電直接加熱爐水產(chǎn)生熱量，從而安全、可靠的為用戶提供穩(wěn)定的蒸汽。
為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下方案：
一種電極式蒸汽鍋爐，包括爐體，所述爐體的上部是存汽空間，所述爐體的上部設(shè)置有主汽閥，所述爐體的下部容納爐水，還包括設(shè)置在所述爐體上部的中心筒，高壓電極用于加熱的部分浸沒在所述中心筒內(nèi)的水中；所述中心筒與所述爐體下部之間設(shè)置有水循環(huán)系統(tǒng)。
進(jìn)一步，所述高壓電極的接線端設(shè)置在所述爐體頂端外部，所述高壓電極的下部直接浸沒在所述中心筒內(nèi)的水中。
進(jìn)一步，所述高壓電極有一組或多組；所述高壓電極是三相電極。
進(jìn)一步，所述水循環(huán)系統(tǒng)包括循環(huán)水泵、循環(huán)管路、中心筒底部進(jìn)水管和中心筒落水管；所述循環(huán)管路一端和所述爐體下部連通，所述循環(huán)管路另一端和所述中心筒底部進(jìn)水管連通，所述循環(huán)水泵設(shè)置在循環(huán)管路上。
進(jìn)一步，所述循環(huán)管路上還設(shè)置了電導(dǎo)率檢測(cè)儀。
進(jìn)一步，所述循環(huán)水泵設(shè)置在所述循環(huán)管路上且位于與所述爐體下部的連接端附近。
進(jìn)一步，所述中心筒落水管設(shè)置在所述中心筒底部，所述中心筒落水管上設(shè)置有閥門。
進(jìn)一步，所述閥門通過連桿裝置控制，所述連桿裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述爐體外部，所述連桿裝置的連桿和所述閥門連接。
進(jìn)一步，所述主汽閥設(shè)置在所述爐體的頂部。
進(jìn)一步，所述爐體上還設(shè)置有補(bǔ)水管，所述補(bǔ)水管設(shè)置在爐體的下部，所述補(bǔ)水管上設(shè)置有給水泵。
進(jìn)一步，所述爐體的下部還設(shè)置有加液管，加液管上設(shè)置有加液泵以加入電解液調(diào)節(jié)爐水電導(dǎo)率。
進(jìn)一步，所述爐體上還設(shè)置有排污閥，所述排污閥設(shè)置在所述爐體的底部。
一種電極式蒸汽鍋爐的工作方法，（1）主汽閥關(guān)閉，先開啟中心筒與爐體下部之間設(shè)置的水循環(huán)系統(tǒng)，將電極式蒸汽鍋爐爐體下部的水通過循環(huán)水泵抽出，經(jīng)循環(huán)管路、管道閥門、中心筒底部進(jìn)水管，輸出至爐體上部的中心筒；
（2）打開高壓電源直接給高壓電極通電，加熱中心筒中的水，加熱功率可調(diào)；
（3）中心筒中的水加熱后，打開中心筒落水管上的閥門，熱水通過中心筒落水管落入爐體的下部；爐水經(jīng)此水循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)往復(fù)加熱，水溫不斷上升，部分水蒸發(fā)成蒸汽存儲(chǔ)于爐體上部的存汽空間；
（4）當(dāng)蒸汽量越來越多，蒸汽壓力達(dá)到額定參數(shù)時(shí)，逐步打開主汽閥向外輸出蒸汽。
進(jìn)一步，所述高壓電源的電壓采用6～20kv。
進(jìn)一步，爐水在循環(huán)往復(fù)加熱過程中，通過調(diào)節(jié)電極浸沒深度，也即中心筒液位高度，和/或爐水電導(dǎo)率來調(diào)節(jié)加熱功率。
進(jìn)一步，中心筒液位高度的調(diào)節(jié)：根據(jù)鍋爐的蒸汽壓力信號(hào)，通過調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的水流量來調(diào)節(jié)中心筒液位高度，循環(huán)水泵流量大，則液位上升加熱功率提高，反之則液位下降加熱功率降低。
進(jìn)一步，爐水電導(dǎo)率的調(diào)節(jié)：通過爐體下部加液管上的加液泵加入電解液的方式來調(diào)節(jié)爐水電導(dǎo)率；電導(dǎo)率不足時(shí)，加入電解液，反之則關(guān)閉加液泵，打開排污閥排出高電導(dǎo)率的爐水，然后打開補(bǔ)水管上的給水泵補(bǔ)入新鮮純水。
該電極式蒸汽鍋爐及其工作方法具有以下有益效果：
（1）本發(fā)明直接采用高壓電源6～20kv進(jìn)行加熱，無需選用變壓器變壓成380v的低壓電，也無需采用隔離變壓器，節(jié)約成本。
（2）本發(fā)明單臺(tái)設(shè)備的加熱功率可達(dá)幾十兆瓦，而設(shè)備體積小巧；且加熱功率可調(diào)。
（3）本發(fā)明鍋爐水容積小，上壓快，啟動(dòng)迅速，15分鐘即能達(dá)到額定參數(shù)。
（4）本發(fā)明蒸汽輸出品質(zhì)高。本發(fā)明采用浸沒式結(jié)構(gòu)，在加熱過程中不容易產(chǎn)生電解。因本鍋爐爐水的電導(dǎo)率低，鍋爐的汽空間大，輸出的蒸汽帶水率低。蒸汽中的鈉離子含量低于5μg/kg；氫電導(dǎo)率（25℃）低于0.3μs/cm。
（5）本發(fā)明中，高壓電極下部浸沒在中心筒內(nèi)的水中，安全、可靠、穩(wěn)定、效率高。
附圖說明
圖1：本發(fā)明電極式蒸汽鍋爐一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明：
1—爐體；2—循環(huán)水泵；3—循環(huán)管路；4—中心筒底部進(jìn)水管；5—高壓電極；6—中心筒；7—中心筒落水管；8—主汽閥。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
圖1示出了本發(fā)明一種電極式蒸汽鍋爐的一種實(shí)施方式。圖1為該實(shí)施方式中電極式蒸汽鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，電極式蒸汽鍋爐包括爐體1、高壓電極5和中心筒6。爐體1的上部存在一定的存汽空間，爐體1的下部容納爐水。中心筒6設(shè)置在爐體1的上部,中心筒6懸掛在爐體1的上部，并與爐體1絕緣隔離。高壓電極5的上端接線端設(shè)置在爐體1的頂端外部，高壓電極5用來加熱的下部直接浸沒在中心筒6內(nèi)的水中。中心筒6與爐體1下部之間設(shè)置有水循環(huán)系統(tǒng)。爐體1上還設(shè)置有補(bǔ)水管（附圖中未畫出）、加液管（附圖中未畫出）、排污閥（附圖中未畫出）和主汽閥8。
水循環(huán)系統(tǒng)包括循環(huán)水泵2、循環(huán)管路3、中心筒底部進(jìn)水管4和中心筒落水管7；循環(huán)管路3一端和爐體1下部水連通，循環(huán)管路3另一端和中心筒底部進(jìn)水管4連通，循環(huán)水泵2設(shè)置在循環(huán)管路3上與爐體1下部的連接端。中心筒落水管7設(shè)置在中心筒6底部，中心筒落水管7上設(shè)置有閥門。
高壓電極5有一組或多組。高壓電極5有多組時(shí)，多組高壓電極5均勻分布且其下部浸沒在中心筒6內(nèi)的水中。高壓電極5是三相電極。
補(bǔ)水管設(shè)置在爐體1的下部，補(bǔ)水管上設(shè)置有給水泵。主汽閥8設(shè)置在爐體1的上部，本實(shí)施例中，主汽閥8設(shè)置在爐體1的頂部。加液管設(shè)置在爐體1的下部，加液管上還設(shè)置有加液泵以加入電解液調(diào)節(jié)爐水電導(dǎo)率。排污閥設(shè)置在爐體1的底部。
工作時(shí)，電極式蒸汽鍋爐的爐體1下部的水通過循環(huán)水泵2抽出，經(jīng)循環(huán)管路3、經(jīng)管道閥門、中心筒底部進(jìn)水管4，輸出至鍋爐上部的中心筒6。鍋爐頂部均勻設(shè)置了高壓電極5，高壓電極5的下端直接浸沒在中心筒6的水中，電極連接高壓電源通電即可加熱。中心筒6中的水加熱后，通過設(shè)置在爐體上的連桿裝置，只要轉(zhuǎn)動(dòng)爐體外部的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就能轉(zhuǎn)動(dòng)連桿，從而調(diào)節(jié)閥門的開度，打開中心筒落水管7上的閥門，熱水通過中心筒落水管7落入爐體1的下部。如此循環(huán)往復(fù)，鍋爐內(nèi)的水溫不斷上升，直至部分水蒸發(fā)成蒸汽。由于主汽閥8是關(guān)閉的，隨著加熱的繼續(xù)深入，蒸汽量也越來越多，蒸汽壓力也逐步提高，直至達(dá)到額定參數(shù)。蒸汽達(dá)到額定參數(shù)，即可逐步打開主汽閥8向外輸出蒸汽。
電極式蒸汽鍋爐加熱功率的大小與高壓電極5的形狀、高壓電極5浸沒水中的深度、爐水的電導(dǎo)率、水溫、加熱電源電壓等因素有關(guān)。在使用過程中可以通過調(diào)節(jié)電極浸沒深度，也即中心筒液位高度，和/或爐水電導(dǎo)率來調(diào)節(jié)加熱功率。
中心筒液位高度調(diào)節(jié)：通過調(diào)節(jié)循環(huán)水泵2的水流量來調(diào)節(jié)中心筒液位高度，循環(huán)水泵2流量大，則液位上升，反之則下降。液位高度調(diào)節(jié)是根據(jù)鍋爐的蒸汽壓力信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)用戶用汽量增大，在加熱功率不變的情況下，蒸汽壓力會(huì)下降。為了維持鍋爐壓力，則必須提升中心筒液位高度，增大加熱功率。反之則降低中心筒液位高度，減小加熱功率。
電極鍋爐所使用的水是低電導(dǎo)率的純水，電導(dǎo)率在一定的范圍內(nèi)才能正常使用。隨著電導(dǎo)率的提高，電加熱功率會(huì)升高，反之會(huì)下降。因此在一定的范圍內(nèi)，可以通過爐體1下部加液管上的加液泵加入電解液的方式來調(diào)節(jié)爐水電導(dǎo)率，從而調(diào)節(jié)加熱功率。本實(shí)施例中，在水循環(huán)管路上設(shè)置了電導(dǎo)率檢測(cè)儀（附圖中沒顯示），實(shí)時(shí)檢測(cè)爐水的電導(dǎo)率。
本發(fā)明設(shè)計(jì)出了一種電極式蒸汽鍋爐，加熱電源為6～20kv的高壓電，電極直接浸沒在需要加熱的“純水”中，從而實(shí)現(xiàn)幾十兆瓦的加熱功率，輸出幾十噸每小時(shí)的蒸汽。安全、穩(wěn)定、蒸汽品質(zhì)高，可以滿足絕大多數(shù)用戶的用汽要求。
本發(fā)明直接采用高壓電源6～20kv進(jìn)行加熱，無需選用變壓器變壓成380v的低壓電，也無需采用隔離變壓器。
本發(fā)明單臺(tái)設(shè)備的加熱功率可達(dá)幾十兆瓦，而設(shè)備體積小巧。
本發(fā)明鍋爐水容積小，上壓快，啟動(dòng)迅速，15分鐘內(nèi)即能達(dá)到額定參數(shù)。
本發(fā)明蒸汽輸出品質(zhì)高。因本鍋爐的爐水電導(dǎo)率低，鍋爐的汽空間大，輸出的蒸汽帶水率低。蒸汽中的鈉離子含量低于5μg/kg；氫電導(dǎo)率（25℃）低于0.3μs/cm。
上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性的描述，顯然本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。