本發(fā)明屬于鍋爐技術領域，具體涉及一種電極式蒸汽鍋爐及其工作方法。

背景技術：

隨著國家節(jié)能減排政策的落實，新能源發(fā)展迅速，國內(nèi)建立了一大批太陽能、風能等清潔能源。同時，由于國家對高耗能產(chǎn)業(yè)進行了改造，對一些落后產(chǎn)能進行了淘汰，使得我國對能源的需求在一定程度上也逐漸減少，因此近幾年我國對電力的需求增長緩慢，造成我國北方地區(qū)的棄光、棄風現(xiàn)象嚴重。如何對這些棄光棄風進行消納，國家出臺了相關優(yōu)惠政策。同時為了降低排放，減少霧霾，全國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，單臺設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備，其單臺設備的加熱功率可達到幾十兆瓦，可大大節(jié)省用戶的投資。專利號為zl200920117992.0的專利公開了一種電極式蒸汽鍋爐，該鍋爐為噴射式結構，該專利中利用噴水筒向高壓電極和反電極噴水，從而對水進行加熱汽化。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，存在較大漏電流，必須采用隔離變壓器，否則無法運行。

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。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的技術問題，本發(fā)明設計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，所述爐體的上部設置有主汽閥，所述爐體的下部容納爐水，還包括設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置有水循環(huán)系統(tǒng)。

進一步，所述高壓電極的接線端設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水管連通，所述循環(huán)水泵設置在循環(huán)管路上。

進一步，所述循環(huán)管路上還設置了電導率檢測儀。

進一步，所述循環(huán)水泵設置在所述循環(huán)管路上且位于與所述爐體下部的連接端附近。

進一步，所述中心筒落水管設置在所述中心筒底部，所述中心筒落水管上設置有閥門。

進一步，所述閥門通過連桿裝置控制，所述連桿裝置的轉動機構設置在所述爐體外部，所述連桿裝置的連桿和所述閥門連接。

進一步，所述主汽閥設置在所述爐體的頂部。

進一步，所述爐體上還設置有補水管，所述補水管設置在爐體的下部，所述補水管上設置有給水泵。

進一步，所述爐體的下部還設置有加液管，加液管上設置有加液泵以加入電解液調(diào)節(jié)爐水電導率。

進一步，所述爐體上還設置有排污閥，所述排污閥設置在所述爐體的底部。

一種電極式蒸汽鍋爐的工作方法，（1）主汽閥關閉，先開啟中心筒與爐體下部之間設置的水循環(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)往復加熱，水溫不斷上升，部分水蒸發(fā)成蒸汽存儲于爐體上部的存汽空間；

（4）當蒸汽量越來越多，蒸汽壓力達到額定參數(shù)時，逐步打開主汽閥向外輸出蒸汽。

進一步，所述高壓電源的電壓采用6～20kv。

進一步，爐水在循環(huán)往復加熱過程中，通過調(diào)節(jié)電極浸沒深度，也即中心筒液位高度，和/或爐水電導率來調(diào)節(jié)加熱功率。

進一步，中心筒液位高度的調(diào)節(jié)：根據(jù)鍋爐的蒸汽壓力信號，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。

進一步，爐水電導率的調(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)爐水電導率；電導率不足時，加入電解液，反之則關閉加液泵，打開排污閥排出高電導率的爐水，然后打開補水管上的給水泵補入新鮮純水。

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)明單臺設備的加熱功率可達幾十兆瓦，而設備體積小巧；且加熱功率可調(diào)。

（3）本發(fā)明鍋爐水容積小，上壓快，啟動迅速，15分鐘即能達到額定參數(shù)。

（4）本發(fā)明蒸汽輸出品質(zhì)高。本發(fā)明采用浸沒式結構，在加熱過程中不容易產(chǎn)生電解。因本鍋爐爐水的電導率低，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施方式的結構示意圖。

附圖標記說明：

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。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明做進一步說明：

圖1示出了本發(fā)明一種電極式蒸汽鍋爐的一種實施方式。圖1為該實施方式中電極式蒸汽鍋爐的結構示意圖。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下部之間設置有水循環(huán)系統(tǒng)。爐體1上還設置有補水管（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水管4連通，循環(huán)水泵2設置在循環(huán)管路3上與爐體1下部的連接端。中心筒落水管7設置在中心筒6底部，中心筒落水管7上設置有閥門。

高壓電極5有一組或多組。高壓電極5有多組時，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。

補水管設置在爐體1的下部，補水管上設置有給水泵。主汽閥8設置在爐體1的上部，本實施例中，主汽閥8設置在爐體1的頂部。加液管設置在爐體1的下部，加液管上還設置有加液泵以加入電解液調(diào)節(jié)爐水電導率。排污閥設置在爐體1的底部。

工作時，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、中心筒底部進水管4，輸出至鍋爐上部的中心筒6。鍋爐頂部均勻設置了高壓電極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，通過設置在爐體上的連桿裝置，只要轉動爐體外部的轉動機構，就能轉動連桿，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，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，直至達到額定參數(shù)。蒸汽達到額定參數(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、爐水的電導率、水溫、加熱電源電壓等因素有關。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來實現(xiàn)的。當用戶用汽量增大，在加熱功率不變的情況下，蒸汽壓力會下降。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率的純水，電導率在一定的范圍內(nèi)才能正常使用。隨著電導率的提高，電加熱功率會升高，反之會下降。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)爐水電導率，從而調(diào)節(jié)加熱功率。本實施例中，在水循環(huán)管路上設置了電導率檢測儀（附圖中沒顯示），實時檢測爐水的電導率。

本發(fā)明設計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，從而實現(xiàn)幾十兆瓦的加熱功率，輸出幾十噸每小時的蒸汽。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)明單臺設備的加熱功率可達幾十兆瓦，而設備體積小巧。

本發(fā)明鍋爐水容積小，上壓快，啟動迅速，15分鐘內(nèi)即能達到額定參數(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；氫電導率（25℃）低于0.3μs/cm。

上面結合附圖對本發(fā)明進行了示例性的描述，顯然本發(fā)明的實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。