Электрическая парогенераторная установка

(51) 22 1/30 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ электроэнергию за счет образования замкнутого циркуляционного контура. Указанный результат достигается тем, что электрическая парогенераторная установка,содержащая электродный котел с пластинчатыми электродами и паропроводом, питательный бак,питательный трубопровод,сообщенный с питательным баком и электродным котлом,согласно изобретению, снабжена бачком уровня воды с управляющими нижним и верхним электродами, расположенными выше уровня пластинчатых электродов, бачок уровня воды соединен с электродным котлом с помощью водоподводящего и паропроводящего патрубков и выполнен высотой, равной высоте электродного котла, паропровод проведен через потребителя пара,выход паропровода после потребителя пара через регулируемый дроссель соединен с верхней частью трубы, которая установлена внутри питательного бака, а нижняя часть этой трубы расположена на расстоянии не более трех ее диаметров от входного отверстия питательного трубопровода.(72) Ольшанский Евгений Николаевич Тамбиев Петр Геннадьевич Забудкин Игорь Леонтьевич Макешин Андрей Андреевич Гаврилко Роман Валерьевич Бердинов Бахыт Ауесканович(57) Изобретение относится к трехфазным электродным парогенерирующим установкам и может применяться для производства насыщенного водяного пара с избытком давления до 0,7 МПа. Технический результат - обеспечение быстрого вывода устройства на устойчивый режим парообразования, возможность установления и поддержания номинальных параметров работы котла в зависимости от сопротивления паропровода потребителя пара, минимальные затраты на Изобретение относится к трехфазным электродным парогенерирующим установкам и может применяться для производства насыщенного водяного пара с избытком давления до 0,7 МПа. Парогенераторная установка обычно закольцовывается в замкнутый циркуляционный контур из парогенератора с электродным котлом,соединенного теплоизолированным пароотводящим трубопроводом через потребителя пара с холодильником, конденсатором и отстойником, а водоподводящим трубопроводом с питательным баком, которым может служить отстойник. Особенностью установки является необходимость периодической подпитки электродного котла водой,нагретой до температуры, близкой к кипению. Это позволяет поддерживать номинальный режим парообразования и обеспечивать заданные характеристики пара количество, плотность и давление. В известных установках нагрев питательной воды осуществляется собственным паром или автономным нагревателем. При нагреве собственным паром затраты на эксплуатацию установки снижаются, однако возникает проблема по выводу электродного котла на номинальный режим парообразования и поддержанию этого режима в течение работы установки. Проблема связана с запаздыванием нагрева воды в питательном баке. После вывода котла на рабочий режим парогенерирования необходим длительный переходный период для нагрева питательной воды. В течение переходного периода котел подпитывается слабонагретой водой, что нарушает его работу, отбирая тепло от кипящей воды,ухудшая характеристики пара,выдаваемого потребителю, снижая эффективность установки. При нагреве автономным нагревателем становится возможным уравнять во времени продолжительность вывода электродного котла на рабочий режим с продолжительностью подготовки питательной воды до температуры, близкой к кипению. Однако наличие второго нагревателя увеличивает затраты на эксплуатацию установки,усложняет конструкцию, снижая надежность и эффективность установки. Важным элементом,характеризующим эффективность установки, является возможность поддержания заданных параметров работы котла,как по давлению пара, так и по ограничению мощности(паропроизводительности) котла. Удержание давления пара (Р) на уровне Р 0,7 МПа позволяет отнести установку к малоопасному оборудованию и упростить эксплуатацию. А стабилизация давления пара на уровне Р 0,7 МПа позволяет поднять температуру кипения воды до 110 С и тем самым повысить теплоемкость пара и эффективность установки. Ограничение по мощности котла осуществляется с помощью аппаратуры контроля и управления системы автоматического регулирования режима парообразования и позволяет использовать интенсивный нагрев питательной воды на первом 2 этапе до вывода котла на рабочий режим, а затем уменьшить нагрев до уровня поддержания заданной температуры. Это позволяет быстро вывести установку на режим номинального парогенерирования и стабилизировать его,ограничивая дальнейший рост мощности котла и стабильно удерживая давление пара на уровне,равном 0,7 МПа. Однако включение в конструкцию датчиков слежения,приборов контроля и автоматики регулирования, а также необходимость их обслуживания и поверок неоправданно усложняют установку и снижают ее надежность. Известна электрическая парогенераторная установка, содержащая выносной прямоточный водонагреватель и пароотделительный сосуд с патрубком для подвода питательной воды в водяной объем сосуда, соединенного с нагревателем при помощи опускных и подъемных труб. В систему подъемных труб включен промежуточный сепаратор для разделения двухфазного циркуляционного потока на пар и воду,направляемых в соответствующие части сосуда (А.с. СССР 186049, кл.22 В 1/30, 1966). Недостатком данной установки является нестабильность параметров работы котла и генерируемого им пара, что снижает ее эффективность. Каждый раз,когда пароотделительный сосуд наполняется из патрубка холодной питательной водой, водяной объем в сосуде увеличивается, а температура воды снижается. Догревание воды происходит уже в прямоточном водонагревателе, что отрицательно сказывается на его работе. Мощность котла,давление и температура пара уменьшаются, снижая тем самым его теплоемкость. Другим недостатком установки является отсутствие системы автоматического регулирования параметров работы котла, позволяющей для различных сопротивлений паропровода потребителя устанавливать давление пара Р 0,7 МПа и ограничивать мощность котла. Известна электрическая парогенераторная установка, содержащая электродный паровой котел с электродами, питательный бак с регулятором уровня, питательный трубопровод, соединенный гидравлически верхней частью с питательным баком, а нижней частью с водоподводящими патрубками, переливной, сливной, заправочный и дыхательный трубопроводы с запорными вентилями. Установка содержит стартерный котел с нагревателем, гидравлически соединенный верхней частью посредством горлового трубопровода с нижней частью электродного котла. С помощью газлифтового трубопровода стартерный котел соединен с питательным трубопроводом, а нижней частью подключен к водопроводящим (водоподводящим) патрубкам (Патент РФ 2036374, кл. 22 В 1/30,1995). В установке применено два способа подготовки питательной воды. Маломощный нагреватель начинает ее нагрев в стартерном котле, а после ее вытеснения в питательный трубопровод нагрев продолжается собственным паром. При этом температура нагрева зависит от продолжительности дежурного режима, в котором находится установка до момента открытия доступа пара к потребителю. После перехода с дежурного на рабочий режим и открытия подачи пара потребителю кипящая вода поступает из стартерного в электродный котел,обеспечивая номинальный режим парогенерирования. Однако питательная вода, которая поступает в питательный бак холодной, не успевает нагреться до нужной температуры в питательном трубопроводе и стартерном котле. Она догревается в электродном котле, что отрицательно сказывается на его работе. Смешиваясь с кипящей водой в электродном котле мало нагретая питательная вода понижает парообразовательную мощность котла, давление и температуру пара. Это снижает теплоемкость пара и эффективность установки. Другим недостатком установки является отсутствие системы автоматического регулирования параметров работы котла, позволяющей для различных сопротивлений паропровода потребителя устанавливать давление пара Р 0,7 МПа и ограничивать мощность котла номинальной паропроизводительностью. В связи с отсутствием системы автоматического регулирования параметров работы котла, давление генерируемого им пара принимает то значение,которое соответствует реальному сопротивлению паропровода потребителя. При малом его сопротивлении давление пара,выдаваемого потребителю, уменьшается, соответственно этому снижается его температура и теплоемкость. При температуре кипения воды 100 С плотность насыщенного пара снижается с 0, 9856 кг/м 3, что соответствует давлению Р 0,7 МПа и температуре 110 С, до 0,597 кг/м , то есть на 40 . При большом сопротивлении паропровода потребителя параметры работы котла улучшаются,увеличивается давление,температура и теплоемкость пара. Однако повышение избыточного давления пара нуждается в создании соответствующего давления со стороны воды,подпитывающей котел. Так, для подпитки котла,вырабатывающего пар давлением Р 0,7 МПа,питательный бак необходимо поднять на высоту Н 7 м. Отсутствие в установке регулирующего узла,позволяющего поддерживать заданные параметры работы котла, снижает ее эффективность и надежность. При завышении питательного трубопровода уровень воды в котле повышается и жидкая фаза забрасывается в паропровод потребителя вместе с паром. Это дестабилизирует параметры работы котла, увеличивает расход воды на парообразование, создает водяные пробки в паропроводе потребителя. Более частая подача холодной питательной воды в котел нарушает установленный режим парогенерирования. При занижении питательного трубопровода уровень воды в котле понижается. Электроды оголяются, снижается сила тока и интенсивность нагрева воды в котле, нарушается установленный режим парогенерирования. Наличие двух нагревателей также снижает эффективность установки за счет увеличения расходов на электроэнергию. Задачей изобретения является создание электрической парогенерирующей установки,обладающей высокой эффективностью и надежностью. Технический результат - обеспечение быстрого вывода устройства на устойчивый режим парообразования, возможность установления и поддержания номинальных параметров работы котла в зависимости от сопротивления паропровода потребителя пара, минимальные затраты на электроэнергию за счет образования замкнутого циркуляционного контура. Указанный результат достигается тем, что электрическая парогенераторная установка,содержащая электродный котел с пластинчатыми электродами и паропроводом, питательный бак,питательный трубопровод,сообщенный с питательным баком и электродным котлом,согласно изобретению, снабжена бачком уровня воды с управляющими нижним и верхним электродами, расположенными выше уровня пластинчатых электродов, бачок уровня воды соединен с электродным котлом с помощью водоподводящего и паропроводящего патрубков и выполнен высотой, равной высоте электродного котла, паропровод проведен через потребителя пара,выход паропровода после потребителя пара через регулируемый дроссель соединен с верхней частью трубы, которая установлена внутри питательного бака, а нижняя часть этой трубы расположена на расстоянии не более трех ее диаметров от входного отверстия питательного трубопровода. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена предлагаемая установка, продольный разрез на фиг.2 - узел А на фиг.1. Электрическая парогенераторная установка содержит электродный котел 1 с пластинчатыми электродами 5 и паропроводом 3, питательный бак 2, питательный трубопровод 4, сообщенный с питательным баком и электродным котлом. Установка представляет собой замкнутый циркуляционный контур,образованный электродным котлом 1 и питательным баком 2,соединенными между собой паропроводом 3 и питательным трубопроводом 4. Электроды 5 выполнены в виде пластин, соединенных между собой под углом 120. Электродный котел содержит манометр 6, предохранительный клапан 7 и выходной штуцер 8, к которому присоединен паропровод 3 потребителя пара 9. Установка снабжена бачком 10 уровня воды с управляющими нижним 13 и верхним 14 электродами,расположенными выше уровня пластинчатых электродов 5. Бачок 10 соединен с электродным котлом 1 с помощью водоподводящего 11 и паропроводящего 12 патрубков и выполнен высотой, равной высоте электродного котла 1,паропровод проведен через потребителя пара 9,3 выход паропровода после потребителя пара через регулируемый дроссель 16 соединен с верхней частью трубы 15, которая установлена внутри питательного бака 2, а нижняя часть этой трубы расположена на расстояниине более трех ее диаметровот входного отверстия 17 питательного трубопровода 4 (3). Труба 15 выполняет функции конденсатора пара и нагревателя питательной воды, а питательный бак 2 совмещает в себе функции холодильника и отстойника. Для подачи питательной воды в котел 1 в трубопровод 4 врезаны электронасос 18,электроклапан 19 и фильтр 20. Установка работает следующим образом. В электродный котел 1 и питательный бак 2 заливают воду до уровня касания верхнего управляющего электрода 14 и полного погружения в воду трубы 15. На пластинчатые электроды 5 подают напряжение 380 В. Проходя через воду электрический ток нагревает ее до температуры кипения 100 С. Молекулы воды, находящиеся в поверхностном слое и на контактных поверхностях электродных пластин, а также между ними, при протекании токов через воду приобретают за счет нагрева кинетическую энергию, превышающую силы сцепления,тянущие их внутрь жидкости. Начинается активное парообразование, при котором молекулы воды вылетают наружу, сталкиваясь между собой. При достижении заданных параметров работы котла и наличии значительной плотности пара, процесс парообразования вводится в равновесное состояние. Генерируемый в котле 1 пар выходит через штуцер 8 в паропровод 3 потребителя пара 9, а затем проходя через открытый дроссель 16, поступает в трубу 15. Устанавливают заданные параметры работы котла 1, обеспечивающие высокую эффективность установки. Предохранительный клапан 7 настраивают на сброс давления, превышающего 0,7 МПа, а дросселем 16 выводят общее сопротивление паропровода потребителя 9 и дросселя 16 до режима Р 0,7 МПа. При этом плотность насыщенного пара повышается на 40 с 0,597 кг/м 3 до 0,9856 кг/м 3, температура пара увеличивается на 10 со 100 С до 110 С. После этого процесс парообразования автоматически стабилизируется и поддерживается в заданном режиме работы котла 1. Установка работает в замкнутом циркуляционном режиме. Пар с высокой теплоемкостью,обеспечиваемой заданными параметрами работы котла 1, отдает часть тепла потребителю 9 и поступает в трубу 15, опущенную по всей ее длине в холодную воду бака 2. Пар на внутренних стенках трубы 15 частично конденсируется и в виде паро-водяной смеси выбрасывается через открытый конец трубы 15 в зону входного отверстия 17. Происходит быстрый нагрев воды в локальной зоне бака 2, откуда запитывается котел 1. При понижении уровня воды в котле 1 ниже электрода 13 включается насос 18, открывается клапан 19 и горячая вода из локальной зоны питания перекачивается в котел 1. Благодаря тому, что верхний электрод 14 находится по уровню размещения на близком расстоянии от электрода 13,насос 18, отобрав горячую воду из бака 2,отключается, а клапан 19 закрывается. Малому разносу электродов 13 и 14 по уровню способствуют два отличительных признака, а именно то, что оба электрода 13 и 14 находятся выше нагревательных электродов 5, а высота бачка 10 равна высоте котла 1. Подобный принцип действия, основанный на частом включении и выключении насоса 18,открытия и закрытия клапана 19, а также нагрев паром высокого давления и температуры только части воды, которая отбирается насосом 18,позволяет решить поставленную задачу. Установка быстро выводится на номинальный режим парообразования и устойчиво его поддерживает. Горячая питательная вода поступает в небольших количествах через входное отверстие 17 и фильтр 20 в нижнюю часть котла 1, при этом как более плотная по сравнению с кипящей водой в котле 1 питательная вода остается внизу и быстро догревается, не мешая процессу парообразования. Частый отбор горячей воды из локальной зоны ее нагрева не позволяет ей распространяться по всему объему бака 2 и он продолжает функционировать как питательный бак, холодильник и отстойник. А труба 15 функционирует одновременно как конденсатор для пара и нагреватель для питательной воды. Еще одним фактором, стабилизирующим параметры работы котла 1, является то, что управляющие электроды 13 и 14, располагающиеся выше уровня пластинчатых электродов 5, не дают им оголяться. Это стабилизирует процесс протекания токов через воду между фазными пластинами 5, поддерживает заданные параметры работы котла 1. Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения позволяет получить электрическую парогенераторную установку, обладающую высокой эффективностью и надежностью. Эмпирическим путем установлено, что выходное отверстие трубы 15 должно располагаться на расстоянии не более трех ее диаметров от входного отверстия 17 трубопровода 4. Соблюдение этого условия, а также небольшой разнос управляющих электродов 13 и 14 по высоте позволяет локализовать нагрев питательной воды в зоне водозабора бака 2 и полностью отбирать нагретую воду на питание котла 1 включением - выключением насоса 18 и открытием - закрытием клапана 19. При этом нагрев не распространяется на всю воду в баке 2, позволяя ему совмещать функции питательного бака и холодильника, а трубе 15 выполнять функции кондиционера и нагревателя питательной воды. Установка выполнена таким образом, что позволяет отделить зону подготовки питательной воды от остальной ее части в баке 2, сосредоточить в этой зоне процесс передачи тепла от собственного пара, периодически забирать нагреваемую воду из этой зоны небольшими порциями, не давая горячей воде распространяться по всему баку 2, подавать питательную воду часто, но небольшими порциями в нижнюю часть котла на догревание, не смешивая ее с кипящей водой в средней и верхней частях котла и не нарушая при этом установившийся режим парообразования. Установка позволяет подключать к ней любого потребителя пара с сопротивлением,не превышающим давления на его преодоление свыше 0,7 МПа, быстро выводить установку на заданный режим парообразования, регулировать давление и температуру пара до номинальных значений(Р 0,7 МПа,110 С),стабилизировать парогенерирование и поддерживать заданные параметры работы котла в течение его работы. Использование собственного пара для нагрева питательной воды позволяет снизить энергопотребление установки и удешевить ее эксплуатацию. Предлагаемая установка была испытана в промышленных условиях. В качестве потребителя пара использована емкость для приготовления горячего раствора (плава) аммиачной селитры. Известная установка, применяемая для этих целей,генерировала насыщенный пар давлением Р 0,7 МПа, температурой 100 С и плотностью 0,597 кг/м 3. Удельная теплота парообразования составила 2277 кДж/кг. Котел известной парогенерирующей установки работал в пульсирующем режиме, замедляя или приостанавливая парогенерирование после каждой подачи питательной воды в котел. Испытания предлагаемой установки показали стабилизацию режима парогенерирования,повышение давления пара до Р 0,7 МПа,температуры до 110 С, плотности до 0,9856 кг/м 3. Удельная теплота парообразования снизилась до 2250 кДж/кг, а время приготовления горячего раствора (плава) аммиачной селитры уменьшилось в 1,5 раза. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Электрическая парогенераторная установка,содержащая электродный котел с пластинчатыми электродами и паропроводом, питательный бак,питательный трубопровод,сообщенный с питательным баком и электродным котлом,отличающаяся тем, что она снабжена бачком уровня воды с управляющими нижним и верхним электродами, расположенными выше уровня пластинчатых электродов, бачок уровня воды соединен с электродным котлом с помощью водоподводящего и паропроводящего патрубков и выполнен высотой, равной высоте электродного котла, паропровод проведен через потребителя пара,выход паропровода после потребителя пара через регулируемый дроссель соединен с верхней частью трубы, которая установлена внутри питательного бака, а нижняя часть этой трубы расположена на расстоянии не более трех ее диаметров от входного отверстия питательного трубопровода.