RU2037088C1 - Three-phase electric water heater - Google Patents

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: three-phase electric water heater uses earthed housing 1 with three phase electrodes 2 located along the vertical axis, blow-off line 3, water supply line 4 running from the compensating tank, steam discharge and water drain lines with shutoff calves. Each electrode 2 is made of two plates fixed to each other at an angle of 120 deg and constricting at the heater bottom. Electrodes 2 are located with increasing interelectrode distances between one another and housing 1 at the heater bottom, and located in the interelectrode space are guide partitions 9 made of electrical insulating material, inclined to the central axis with an ascent from it to the housing and forming separate ducts between them and electrodes for the discharge of steam-water mixture from the interelectrode space to the housing wall space. EFFECT: enhanced capacity. 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в устройстве котельных установок и электродных парогенераторов. The invention relates to a power system and can be used in the device of boiler plants and electrode steam generators.

В парогенерирующих и водонагревающих котельных установках с электроводонагревателями важнейшими проблемами являются повышение надежности его работы за счет исключения электрического пробоя его межэлектродного пространства, повышение экономичности работы, повышение эффективности использования нагревающих свойств электродов. In steam generating and water heating boiler plants with electric water heaters, the most important problems are increasing the reliability of its operation by eliminating electrical breakdown of its interelectrode space, increasing the efficiency of work, and increasing the efficiency of using the heating properties of electrodes.

Известен парогенератор, в котором нулевой электрод выполнен в виде перфорированного полого цилиндра, соосно охватывающего фазовый электрод с образованием кольцевого межэлектродного зазора, а нижняя часть камеры, в которой размещены электроды, отделена от верхней части поперечной перегородкой, примыкающей к нижнему срезу нулевого электрода с отверстием, сообщающим полости электрода и нижней части камеры [1]
Недостатками этого парогенератора являются отсутствие циркуляции воды между полостями электрода и камеры и значительная зависимость плотности тока от длительности работы парогенератора, что приводит к недостаточному удалению шлама из межэлектродного пространства, повышенной плотности тока, а следовательно, пониженной его надежности за счет возможности пробоя.A steam generator is known in which the zero electrode is made in the form of a perforated hollow cylinder coaxially spanning the phase electrode with the formation of an annular interelectrode gap, and the lower part of the chamber, in which the electrodes are placed, is separated from the upper part by a transverse partition adjacent to the lower cut of the zero electrode with an opening, the communicating cavity of the electrode and the lower part of the chamber [1]
The disadvantages of this steam generator are the lack of water circulation between the cavities of the electrode and the chamber and a significant dependence of the current density on the duration of the steam generator, which leads to insufficient removal of sludge from the interelectrode space, increased current density, and therefore its reduced reliability due to the possibility of breakdown.

Известен электроводонагреватель, содержащий корпус с электродами и соосно размещенной цилиндрической обечайкой, имеющей вертикальные ряды отверстий, заглушенной с торцов и подключенной к водоподводящему патрубку, а на обечайке расположены электроды, выполненные в виде вертикальных пластин [2]
Недостатками этого электроводонагревателя являются отсутствие циркуляции воды между межэлектродными полостями и полостью камеры в корпусе, а также значительная зависимость плотности тока от длительности работы электронагревателя, что приводит к недостаточному удалению шлама из межэлектродного пространства, повышенной плотности тока, и следовательно, пониженной его надежности из-за возможности пробоя.Known electric heater containing a housing with electrodes and a coaxially placed cylindrical shell having vertical rows of holes, muffled from the ends and connected to the water supply pipe, and on the shell are electrodes made in the form of vertical plates [2]
The disadvantages of this electric heater are the lack of water circulation between the interelectrode cavities and the chamber cavity in the housing, as well as a significant dependence of the current density on the duration of the electric heater, which leads to insufficient removal of sludge from the interelectrode space, increased current density, and therefore, its reduced reliability due to breakdown opportunities.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков электроводонагревателя, повышение надежности его работы за счет обеспечения циркуляции воды в камере и межэлектродном пространстве, уменьшения зависимости плотности тока от длительности работы нагревателя, повышенного выноса шлама из камеры, исключения электрического пробоя межэлектродного пространства. The aim of the invention is to remedy these shortcomings of the electric heater, increase the reliability of its operation by ensuring the circulation of water in the chamber and the interelectrode space, reduce the dependence of the current density on the duration of the heater, increased removal of sludge from the chamber, and eliminate electrical breakdown of the interelectrode space.

Поставленная цель достигается тем, что в электроводонагревателе, содержащем заземленный корпус с размещенными в нем вдоль его вертикальной оси фазными электродами, продувочный трубопровод, трубопровод подвода воды от компенсационной емкости, трубопроводы отвода пара и слива воды с вентилями, фазные электроды выполнены в виде двух сужающихся пластин, соединенных неподвижно между собой под углом 120^о продольными сторонами, и расположены в корпусе суженными сторонами вниз с увеличивающимися расстояниями между собой и корпусом сверху вниз, а в межэлектродном пространстве расположены направляющие перегородки из электроизоляционного материала, наклоненные к горизонтальной плоскости и образующие по высоте пространства отдельные наклонные каналы от центра к периферии корпуса.This goal is achieved by the fact that in an electric heater containing a grounded housing with phase electrodes placed in it along its vertical axis, a purge pipe, a water supply pipe from the compensation tank, steam and water drain pipes with valves, the phase electrodes are made in the form of two tapering plates connected motionlessly with each other at an angle of 120 ^{about the} longitudinal sides, and are located in the body with narrowed sides down with increasing distances between themselves and the body from the top down h, and in the interelectrode space there are guide walls made of electrical insulating material, inclined to the horizontal plane and forming separate inclined channels along the height of the space from the center to the periphery of the housing.

Совокупность существенных признаков предложенного устройства, по мнению авторов, является новой, что позволяет сделать вывод о новизне предложенного технического решения, соответствующего изобретательскому уровню. The set of essential features of the proposed device, according to the authors, is new, which allows us to conclude that the proposed technical solution is new, corresponding to an inventive step.

Предложенный электроводонагреватель представлен на фиг.1, 2, 3, 4, где 1 корпус нагревателя; 2 фазные электроды; 3 продувочный трубопровод; 4 трубопровод подвода воды; 5 трубопровод слива воды; 6 запорный вентиль; 7 трубопровод отвода пара; 8 запорный вентиль; 9 направляющие перегородки. The proposed electric heater is shown in figures 1, 2, 3, 4, where 1 is the heater body; 2 phase electrodes; 3 purge pipe; 4 water supply pipeline; 5 pipeline drain water; 6 shut-off valve; 7 steam exhaust pipe; 8 shut-off valve; 9 guiding partitions.

В состав электроводонагревателя входят корпус нагревателя 1 с электродами 2, расположенными вдоль вертикальной оси. Как видно из фиг.1, 2, 3, 4, каждый электрод выполнен в виде двух сужающихся пластин, соединенных между собой под углом 120^о продольными сторонами, и расположен в корпусе суженной стороной вниз с увеличивающимся расстоянием от соседних электродов (а₁ > а) и от корпуса (в₁ > в) по высоте сверху вниз. Под электродами расположен продувочный трубопровод 3. К нижней части корпуса подключен трубопровод 4 подвода воды от компенсационной емкости и трубопровод слива воды 5 с запорным вентилем 6. К верхней части корпуса подключен трубопровод отвода пара 7 с запорным вентилем 8. В межэлектродном пространстве расположены направляющие перегородки 9, наклоненные к горизонтальной плоскости и разделяющие межэлектродное пространство по высоте на отдельные каналы, поднимающиеся от центра к периферии корпуса.The composition of the electric heater includes a heater body 1 with electrodes 2 located along the vertical axis. As can be seen from Figs. 1, 2, 3, 4, each electrode is made in the form of two tapering plates connected to each other at an angle of 120 ^{about the} longitudinal sides, and is located in the body with the narrowed side down with increasing distance from adjacent electrodes (a ₁ > a ) and from the body (in ₁ > in) in height from top to bottom. A purge pipe 3 is located under the electrodes. A water supply pipe 4 from the compensation tank and a water drain 5 with a shut-off valve 6 are connected to the lower part of the housing. A steam exhaust pipe 7 and a shut-off valve 8 are connected to the upper part of the body. Guide walls 9 are located in the interelectrode space tilted to a horizontal plane and dividing the interelectrode space in height into separate channels rising from the center to the periphery of the housing.

Электроводонагреватель работает следующим образом. Electric heater operates as follows.

Вода из компенсационной емкости по трубопроводу 4 поступает во внутреннюю камеру, образованную корпусом 1, и затопляет электроды 2, к которым подведенa электроэнергия с равномерной нагрузкой электродов за счет их расположения под углом 120^о. При прохождении тока в межэлектродном пространстве вода нагревается и испаряется, при этом пар потребителю подается по трубопроводу 7 при открытом вентиле 8. Поступающая вода содержит растворенные в ней соли, концентрация которых в электроводонагревателе растет в процессе его работы за счет превращения части воды в пар и использования его потребителем. При этом часть солей выпадает в виде шлама. Для отвода шлама и солей из корпуса в нем предусмотрен продувочный трубопровод 3, по которому и шлам, и соли постоянно сливаются в канализацию вместе с частью воды. Для уменьшения потерь этой воды и содержащегося в ней тепла желательно отвод воды вести при максимально допустимой концентрации в ней солей и шлама. Но при этом возникает опасность электрического пробоя межэлектродного пространства и вывода из строя электроводонагревателя. Для обеспечения мощности расстояния вверху между электродами расчетные, а для исключения пробоя электроды к низу имеют увеличенные расстояния между собой и корпусом благодаря их конструкции и взаимному расположению. При этом при повышенной концентрации солей и шлама вода всегда находится в нижней зоне электродов при постоянной мощности электроводонагревателя, так как уменьшается ее удельное электрическое сопротивление, а увеличенные расстояния между электродами в этой зоне приводят к компенсации общего сопротивления, что уменьшает плотность тока при постоянной его величине и исключает пробой.Water from the compensation tank through pipeline 4 enters the inner chamber formed by the housing 1 and floods the electrodes 2, which are supplied with electricity with a uniform load of the electrodes due to their location at an angle of 120 ^about . With the passage of current in the interelectrode space, the water heats up and evaporates, while the steam is supplied to the consumer through pipeline 7 with the valve 8 open. The incoming water contains salts dissolved in it, the concentration of which in the electric heater increases during its operation due to the conversion of part of the water to steam and use its consumer. In this case, part of the salts precipitates as sludge. To drain sludge and salts from the housing, a purge pipe 3 is provided in it, through which both the sludge and salts are constantly drained into the sewer along with part of the water. To reduce the loss of this water and the heat contained in it, it is advisable to conduct water drainage at the maximum permissible concentration of salts and sludge in it. But at the same time there is a danger of electrical breakdown of the interelectrode space and the failure of the electric heater. To provide power, the distances between the electrodes at the top are calculated, and to prevent breakdown, the electrodes to the bottom have increased distances between themselves and the casing due to their design and relative positioning. Moreover, with an increased concentration of salts and sludge, water is always in the lower zone of the electrodes at a constant power of the electric heater, since its electrical resistivity decreases, and increased distances between the electrodes in this zone compensate for the total resistance, which reduces the current density at a constant value and eliminates breakdown.

Для обеспечения перемешивания воды в камере и надежного вывода шлама и солей из пароводонагревателя необходима циркуляция воды в его камере. Такая циркуляция обеспечивается разделением межэлектродного пространства на отдельные поднимающиеся каналы от центра к периферии корпуса с помощью расположенных в межэлектродном пространстве электроизоляционных направляющих перегородок 9. При кипении воды в этих каналах образуется газ-лифтовый эффект, который обеспечивает засасывание воды из центра корпуса и выброс ее к периферии вместе с паром. Пар поднимается вверх и поступает потребителю, а вода опускается вниз и засасывается снова на вход в каналы. Таким образом обеспечивается в камере циркуляция, равномерная смесь воды с солями и шламом, которая поступает в продувочный трубопровод и выводится за пределы камеры. To ensure mixing of water in the chamber and reliable removal of sludge and salts from the steam heater, water circulation in its chamber is necessary. Such circulation is ensured by dividing the interelectrode space into separate rising channels from the center to the periphery of the casing by means of the insulating guide walls located in the interelectrode space. When the water boils in these channels, a gas-lift effect is formed, which ensures the suction of water from the center of the casing and its discharge to the periphery along with steam. The steam rises and enters the consumer, and the water goes down and is sucked in again at the entrance to the channels. This ensures circulation in the chamber, a uniform mixture of water with salts and sludge, which enters the purge pipe and is discharged outside the chamber.

Кроме того, наличие направляющих пластин и каналов в межэлектродном пространстве позволяет более эффективно использовать поверхность электродов, так как в этом случае для водонагрева используется вся их поверхность. При отсутствии таких пластин после вскипания воды образующийся пар из межэлектродного пространства не отводится, а поднимается вертикально вверх внутри пространства. При этом верхняя часть электродов, находясь в среде пара, практически не используется для нагрева, так как эффективность их в среде пара низкая. После выключения электроводонагревателя слив воды из него ведется по трубопроводу 5 через открытый вентиль 6. In addition, the presence of guide plates and channels in the interelectrode space allows more efficient use of the surface of the electrodes, since in this case their entire surface is used for water heating. In the absence of such plates after boiling water, the generated steam from the interelectrode space is not removed, but rises vertically inside the space. In this case, the upper part of the electrodes, being in a steam medium, is practically not used for heating, since their efficiency in a steam medium is low. After turning off the electric heater, water is drained from it through a pipe 5 through an open valve 6.

Применение предложенного устройства по сравнению с известными электроводонагревателями позволит отводить продувочную воду, насыщенную солями и шламом, максимально снизить плотность тока на поверхности электродов, максимально использовать нагревательную поверхность электродов, исключить возможность электрического пробоя межэлектродного пространства, что обеспечит максимальную экономичность и эффективность электроводонагревателя, улучшит его технические характеристики и надежность работы. The application of the proposed device in comparison with the known electric heaters will allow you to remove purge water saturated with salts and sludge, minimize the current density on the surface of the electrodes, maximize the use of the heating surface of the electrodes, eliminate the possibility of electrical breakdown of the interelectrode space, which will ensure maximum efficiency and efficiency of the electric heater, improve its technical performance and reliability.

Claims (1)

ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА, содержащий заземленный корпус с размещенными в нем вдоль вертикальной оси тремя фазными электродами, продувочный трубопровод, трубопровод подвода воды от компенсационной емкости, трубопроводы отвода пара и слива воды с запорными вентилями, отличающийся тем, что каждый электрод выполнен из двух вертикальных пластин, жестко соединенных между собой под углом 120^o и сужающихся к низу нагревателя, при этом расстояние между смежными электродами, а также между корпусом и близрасположенным электродом увеличивается в направлении сверху вниз, а в межэлектродном пространстве расположены под углом направляющие перегородки из электроизоляционного материала, имеющие периферийные торцы, расположенные выше торцов, обращенных к оси корпуса, и образующие между собой и электродами отдельные каналы для отвода пароводяной смеси из межэлектродного пространства в пристеночную полость корпуса.A THREE-PHASE CURRENT ELECTRIC HEATER, comprising a grounded housing with three phase electrodes placed therein along a vertical axis, a purge pipe, a water supply pipe from the compensation tank, steam drain and water drain pipes with shut-off valves, characterized in that each electrode is made of two vertical plates, rigidly interconnected at an angle of 120 ^o and tapering to the bottom of the heater, while the distance between adjacent electrodes, as well as between the housing and a nearby electrode increases in the direction from top to bottom, and in the interelectrode space there are angled guide walls made of electrical insulation material, having peripheral ends located above the ends facing the axis of the casing, and forming separate channels between themselves and the electrodes to divert the steam-water mixture from the interelectrode space into the parietal cavity corps.