一种电极锅炉及功率计算方法与流程

本发明涉及锅炉设备，具体涉及一种电极锅炉及功率计算方法。

背景技术：

1、可在生电能的快速发展导致大量的弃风弃光现象，如何高效消纳可再生电能成为提高风光资源利用率的关键问题。高压电极锅炉是一种高效、高功率密度、无污染的电转热设备。其原理在于通过将高压三相电能直接接入具有一定电导率的溶液中产生焦耳热，热溶液通过换热器将热量传递给供热用户。现有电极锅炉分主要分为喷射式、浸没式和半浸没式三种。如cn201711046368.1所描述的一种高电压电极锅炉是一种喷射式电极锅炉，电极与零电位之间通过喷射液柱连接，通常溶液电导率较高，容易出现高压击穿产生氢气的问题；浸没式电极锅炉使用隔离盾来隔离浸泡在溶液中的电极，存在难以实现低负荷运行的问题；半浸没式电极锅炉内外筒分离，内筒用于加热溶液。如cn201922474415.3中所述为一种半浸没式电极锅炉，可以通过控制内筒中液位高度来实现锅炉变负荷运行。目前半浸没式电极锅炉主要存在电极与内筒间距布置不均匀、缺少内筒流场设计等问题，导致内部温度场分布不均匀，而电极锅炉中工质电导率往往与温度正相关，而局部电流密度过大会导致水的电解，造成氢气的大量产生，从而影响锅炉的安全性。

技术实现思路

1、1、发明要解决的技术问题

2、本发明目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种电极锅炉，它能通过相应的优化设计可实现电极与内筒零电位之间电压等势线均匀分布，电流密度分布均匀，无尖端放电现象发生，此外，通过对内筒入水口和出水口结构和位置的创新设计使得内筒内流场分布合理，温度分布均匀，功率简单可控。

3、2、技术方案

4、为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

5、一种电极锅炉，包括外筒和内筒，所述内筒包括若干圆柱内筒，所述圆柱内筒上设有圆形电极盘，所述圆形电极盘上沿其周向均布有若干曲杆电极，所述圆形电极盘的中心连接有相引入电极，相邻两个所述圆柱内筒相切布置，若干所述圆柱内筒底部连通并与内筒入水管相连，所述内筒的底部中心连接有内筒下水管，所述外筒上设有外筒入水口，所述内筒下水管的一端与所述外筒入水口连通。

6、可选地，所述内筒还包括内筒底板，若干所述圆柱内筒均安装于所述内筒底板上，所述内筒底板的边缘向内凹陷与所述外筒的内壁形成维修间距。

7、可选地，所述内筒入水管与所述圆柱内筒相连的一端为绝缘管，所述内筒下水管与所述外筒相连的一端为绝缘管，所述相引入电极的外部设有绝缘层，所述外筒通过接地线接地。

8、可选地，所述曲杆电极的底端为伞柄状。

9、可选地，所述内筒上设有内筒液位计和内筒测温计。

10、可选地，所述外筒上设有外筒液位计和外筒测温计。

11、可选地，所述外筒的底部设有排污口、循环出水口和给水管，所述外筒的侧边设有人孔。

12、可选地，所述外筒上设有排气阀、调压口和安全阀。

13、可选地，所述圆柱内筒的数量为3个，每个所述圆柱内筒上的曲杆电极的数量为36根。

14、3、有益效果

15、采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

16、(1)本电极锅炉优化设计内筒与电极结构使得内筒电场分布均匀，避免出现局部因电场不均匀电压击穿和局部电流密度过大导致水电解产生氢气的问题，大幅提高了电极锅炉的安全稳定性。

17、(2)本电极锅炉通过对内筒水动力的设计，使电极锅炉内流场分布更合理，避免局部长期受热而不流动和局部过冷问题，达到供水温度温度，水温波动较小的效果，加热效率与安全性得到大幅提升。

18、(3)传统的电极锅炉功率求解方法，假设水的电导率处处相等，并将电极看作无限长的带电圆柱，但实际情况中由于炉水各处温度并不相等，若假设水的电导率处处相等会导致计算结果出现较大误差，而本文所述数值模拟计算技术方法，在物性参数中设置炉水电导率对温度变化的关系，可实现变电导率的电极式热水锅炉功率计算，提高了计算精度，并且可以通过数值模拟计算得出炉水电导率及电极浸没深度对功率的影响情况，实现对电极锅炉的功率调控。

19、(4)通过进行数值模拟计算校核，可得内筒炉水温度分布及电场分布，避免出现局部超温现象，提高了电极锅炉的安全稳定性。

技术特征：

1.一种电极锅炉，其特征在于：包括外筒和内筒，所述内筒包括若干圆柱内筒，所述圆柱内筒上设有圆形电极盘，所述圆形电极盘上沿其周向均布有若干曲杆电极，所述圆形电极盘的中心连接有相引入电极，相邻两个所述圆柱内筒相切布置，若干所述圆柱内筒底部连通并与内筒入水管相连，所述内筒的底部中心连接有内筒下水管，所述外筒上设有外筒入水口，所述内筒下水管的一端与所述外筒入水口连通。

2.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述内筒还包括内筒底板，若干所述圆柱内筒均安装于所述内筒底板上，所述内筒底板的边缘向内凹陷与所述外筒的内壁形成维修间距。

3.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述内筒入水管与所述圆柱内筒相连的一端为绝缘管，所述内筒下水管与所述外筒相连的一端为绝缘管，所述相引入电极的外部设有绝缘层，所述外筒通过接地线接地。

4.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述曲杆电极的底端为伞柄状。

5.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述内筒上设有内筒液位计和内筒测温计。

6.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述外筒上设有外筒液位计和外筒测温计。

7.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述外筒的底部设有排污口、循环出水口和给水管，所述外筒的侧边设有人孔。

8.根据权利要求1所述的一种电极锅炉，其特征在于：所述外筒上设有排气阀、调压口和安全阀。

9.一种电极锅炉的功率计算方法，其特征在于：包括以下步骤，

10.根据权利要求9所述的一种电极锅炉的功率计算方法，其特征在于：在s4中，数值模拟计算时，开启电势模型，通过电势方程计算电势分布，其中，为电势，σ为电导率，s为电势源项；电流流过流体后产生得焦耳热可由计算，通过将计算得到的焦耳热sh1代入到能量方程的sh项中，其中，keff为有效导热系数。

技术总结
本发明公开了一种电极锅炉，包括外筒和内筒，所述内筒包括若干圆柱内筒，所述圆柱内筒上设有圆形电极盘，所述圆形电极盘上沿其周向均布有若干曲杆电极，所述圆形电极盘的中心连接有相引入电极，相邻两个所述圆柱内筒相切布置，若干所述圆柱内筒底部连通并与内筒入水管相连，所述内筒的底部中心连接有内筒下水管，所述外筒上设有外筒入水口，所述内筒下水管的一端与所述外筒入水口连通。本发明能通过相应的优化设计可实现电极与内筒零电位之间电压等势线均匀分布，电流密度分布均匀，无尖端放电现象发生，此外，通过对内筒入水口和出水口结构和位置的创新设计使得内筒内流场分布合理，温度分布均匀，功率简单可控。

技术研发人员：应群伟,刘银河,黄贵兵,刘慧珍,宋虎潮,葛文,林啸龙,沈孟飞,蒋金昂
受保护的技术使用者：杭州杭锅通用设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13