相变换热器式高压电极锅炉的制作方法

本发明涉及一种相变换热器式高压电极锅炉，可广泛用于清洁能源消纳、电厂灵活性改造中。

背景技术：

2015年底，我国水电、风电和太阳能发电装机规模分别达到3.2亿千瓦、1.31亿千瓦、4200万千瓦，均居世界第一位，可再生能源总发电量也位居世界第一。近年来我国部分地区的弃风弃光问题也日益凸显。国家能源局发布的2015年风电产业发展情况显示风电弃风限电形势加剧：全年弃风电量339亿千瓦时，同比增加213亿千瓦时，平均弃风率15%。2016年平均弃风率17%，平均弃光率20%，尤其是我国“三北”地区，由于燃煤热电比例高，冬季供暖期调峰困难，弃风光问题严重，弃风率占80%。为了保证民生供热需求，“三北”地区热电联产还将持续增加，加上调峰电源建设条件较差，“十三五”期间可再生能源消纳形势更为严峻。

针对以上问题，2016年国家能源局对外发布《关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》，新疆、宁夏、甘肃、安徽等省份出台调峰补贴政策；国家发改委2017年12月发布了《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021年）》，目标为到2021年，电供暖（含热泵）面积达到15亿平方米，为此许多省份出台了电供暖的补贴电价。高压电极锅炉因为其高效、环保、安全可靠性，在清洁能源消纳与电厂灵活性改造中得到了广泛的应用。

然而，目前高压电极锅炉往往与间壁式换热器、循环水泵、定压装置、加药装置等组成热网的一次侧，系统复杂、占地面积大；部分电极锅炉，高压电极通过炉水与外壳直接接通，设备外壳电压高，设备须配置绝缘良好的防护间。同时高压电极锅炉为了达到负荷调节的目的，锅炉内部往往有运动部件，增加了锅炉的故障点；部分全浸没式电极锅炉最低负荷只能达到10%。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种运行可靠、负荷调节灵活、安全性强的相变式高压电极锅炉。

为了达到上述目的，本发明相变换热器式高压电极锅炉，包括支腿，安装在支腿上的锅壳，安装在顶部上的相变换热器，安装在锅壳内壁上的若干个支座，安装在支座上的绝缘耐热座，底部设有布水孔、落水孔并安装在绝缘座上的内筒，与外部线路相连接、位于内筒空腔内并通过绝缘体悬吊在内筒上的若干个高压电极，安装在内筒底部进水孔上方的布水板，与内筒底部进水孔相通并安装在内筒底部上的u形布水管，与u形布水管底部相通与连接并伸出锅壳底部的输水管，安装在锅壳底部的回水管，与输水管末端、回水管末端相连接、并能够变频控制与调整锅炉循环水量的负荷调节泵。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，所述的相变换热器，包括换热器壳体，安装在换热器壳体两端上的管板，安装在管板上的若干个换热管，安装在换热器壳体左端上的带有进水口的进水封头，安装在锅壳上部右侧面上的带有出水口的出水封头，安装在换热器壳体上的真空管路，安装在真空管路上并能够抽取不凝结气体的真空泵。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，所述的绝缘耐热座，其材料为陶瓷或特氟龙。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，所述的u形布水管，为绝缘耐热的特氟龙材质，沿锅炉中心线对称布置，其数量不少于3个。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，所述的布水板，其直径应大于或等于u形布水管内径的2倍，其与u形布水管出口的距离应大于或等于u形布水管内径。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，其工作原理如下：

（1）电热转化过程：一定电导率的电解质从锅壳底部经过回水管、负荷调节泵、输水管、u形布水管，通过布水板整流后进入内筒，在内筒形成一定液位的电解质，一部分电解质在重力的作用下，通过落水孔回到锅壳内底部，高压电极间的电解质发生离子迁移产生电流，电解质被电极加热，部分水变成蒸汽从内筒中散逸。

（2）热量传递过程：从内筒中散逸的蒸汽进入相变换热器中，与内部流经热网水的换热管发生相变换热，蒸汽冷凝成水，落到内筒和锅壳内腔中。锅炉可以根据热网水供水温度调整运行压力，可在真空、微正压、正压下工作。

（3）负荷调节过程：本过程由负荷调节泵控制实现。电极间的电压一定、电解质浓度一定时，电极与电解质的接触面积决定锅炉功率的大小。通过调节内筒电解质高度改变电极浸没深度，从而改变电极与电解质的接触面积，依此达到锅炉负荷调节目的。锅炉结构确定后，内筒液位高度与负荷调节泵流量是单调函数，便可通过调节负荷调节泵频率控制锅炉负荷。负荷调节泵低频运行时，内筒液位高度低于高压电极，锅炉功率为零。增加负荷调节泵频率，内筒液位升高，电极与电解质接触面积增加，从而锅炉功率随之加大。当负荷调节泵频率最大时，内筒液位最高，电极与电解质接触面积最大，从而锅炉达到满负荷。

（4）气氛控制过程：本过程由真空泵控制实现。相变换热器发生的凝结换热对不凝结气体较为敏感，同时锅炉运行中可能产生电解气，为保证锅炉有效换热及安全，锅炉启动和运行过程中必须把不凝结气体排出锅炉。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，利用电极加热实现电热转化。利用相变换热器实现热量传递，加热热网水。利用负荷调节泵的变频控制，实现锅炉负荷从零到满负荷的连续可调。利用真空泵，实现锅炉气氛的调节，保证锅炉高效安全运行。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，所述的电极，与传统电加热器相比，具有热效率高、加热速度快、不干烧、不结垢、耐用、价格便宜的优点。每一个高压电极分别与6kv~25kv交流电源的一相连接。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，所述的布水板，其直径不小于u形布水管内径的2倍，其距离u形布水管出口不小于u形布水管内径。通过对称布置的筋板与内筒底部固定，其作用为减小u形布水管出口电解质的竖直分速度，保证内筒电解质液位的水平。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，通过内筒与锅壳间的绝缘材料隔离，保持安全距离，保证锅壳、相变换热器等与外界接触的地方不带电，提高锅炉的安全性。通过把负荷调节泵外置，锅炉内部就无任何运行部件，大大提高了设备的可靠性及可检修性，因此，运行可靠，安全性强。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，通过外置的负荷调节泵，能够实现锅炉从零到满负荷的连续调节，不会造成负荷突变，因此，负荷调节灵活。

综上所述，本发明相变换热器式高压电极锅炉，运行可靠，负荷调节灵活，安全性强。

附图说明

以下结合附图及其实施例对本发明作更进一步的说明。

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

在图1中，本发明相变换热器式高压电极锅炉，包括支腿1，安装在支腿上的锅壳2，安装在顶部上的相变换热器3，安装在锅壳内壁上的若干个支座4，安装在支座上的绝缘耐热座5，底部设有布水孔a、落水孔b并安装在绝缘座上的内筒6，与外部线路相连接、位于内筒空腔内并通过绝缘体悬吊在内筒上的若干个高压电极7，安装在内筒底部进水孔上方的布水板8，与内筒底部进水孔相通并安装在内筒底部上的u形布水管9，与u形布水管底部相通与连接并伸出锅壳底部的输水管10，安装在锅壳底部的回水管11，与输水管末端、回水管末端相连接、并能够变频控制与调整锅炉循环水量的负荷调节泵12。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，所述的相变换热器3，包括换热器壳体3-1，安装在换热器壳体两端上的管板3-2，安装在管板上的若干个换热管3-3，安装在换热器壳体左端上的带有进水口c的进水封头3-4，安装在锅壳上部右侧面上的带有出水口d的出水封头3-5，安装在换热器壳体上的真空管路3-6，安装在真空管路上并能够抽取不凝结气体的真空泵3-7。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，所述的绝缘耐热座，其材料为陶瓷或特氟龙。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，所述的u形布水管，为绝缘耐热的特氟龙材质，沿锅炉中心线对称布置，其数量不少于3个。

本发明相变换热器式高压电极锅炉，所述的布水板，其直径e应大于或等于u形布水管内径f的2倍，其与u形布水管出口的距离g应大于或等于u形布水管内径。

综上所述，以上对本发明的较佳实施例进行了描述，需要指出的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

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