Электродный водогрейный и паровой котел (КЭПР)


Электротеплоснабжение – одна из форм централизованного теплоснабжения потребителей. Электроэнергия имеет такие преимущества – простота конструктивного исполнения электроотопительных приборов, точное поддержания температуры в помещении, широкие возможности автоматизации процесса. Так, электродные паровые и водогрейные котлы являются одним из элементов в схемах электроснабжения. Электродный паровой и водогрейный котел работает по принципу прямого преобразования электрической энергии в тепловую.

Электродные паровые котлы КЭПР предназначены для выработки насыщенного пара давлением до 0,6 МПа (6 кгс/см²) и может быть применен для отопления жилых и производственных помещений, технологического пароснабжения сельскохозяйственных, промышленных и бытовых объектов.

Условное обозначение котла КЭПР-250/0,4: котел электродный паровой регулируемый потребляемой мощностью 250 кВт, номинальным напряжением питающей сети 0,4 кВ (устройство котла показано на рис.1).

Устройство электродного котла КЭПР-250

Рис. 1. Устройство электродного котла КЭПР-250/0,4

1 - парогенерирующая камера, 2 - вытеснительная камера, 3 - пакет плоских электродов,
4 - проходные изоляторы, 5 - днище котла, 6 - регулятор температуры, 7 - регулятор уровня,
8 - патрубок отвода пара, 9 - патрубок автоматической подпитки котла, 10 - патрубок ручной подпитки котла,
11 - поплавок, 12 - кран, 13 - указатель уровня, 14 - электродный датчик предельного уровня,
15 - крышка котла, 16 - предохранительные клапаны, 17 - манометры, 18 - воздушник,
19 - дренажный патрубок, 20 - патрубок для продувки котла

Электродный паровой котел КЭПР имеет цилиндрический корпус в котором установлена цилиндрическая обечайка с двумя камерами – парогенерирующей 1 и вытеснительной 2. В парогенерирующей камере расположен пакет плоских электродов 3, на которые по токоведущим шпилькам через проходные изоляторы 4 в днище 5 подается напряжение 0,4 кВ трехфазной электрической сети. Вода, заполняющая межэлектродные пространства, образует активные электрические сопротивления, включенные по схеме "треугольник".

Парогенерирующая и вытеснительная камеры соединенные между собой в нижней части котла по воде, по пару обе камеры связаны только через регулятор температуры РТ-40.

Ввод питательной воды осуществляется в вытеснительную камеру через поплавковый регулятор уровня 7, отбор пара производится через патрубок 8 в парогенерирующей камере. Поплавковый регулятор уровня 7 представляет сосуд, соединенный двумя патрубками и водяным пространством вытеснительной камеры электродного котла. В съемном днище регулятора имеются два патрубка для автоматической 9 и ручной 10 подпитки. Полый поплавок 11 через шток и кулису соединен с краном 12 на патрубке автоматической подпитки.

Уровень воды в котле контролируется по указателю уровня 13. Котел оснащен защитой от перепитки, в которой электродный датчик уровня 14, установленный в крышке 15, дает сигнал соответствующему исполнительному механизму на прекращение подачи питательной воды при достижении предельного уровня воды в котле.

Электрическая схема включения котла (рис. 2, а) имеет автоматический выключатель, служащий для защиты от перегрузок и коротких замыканий; контактор для коммутации цепи подключения электродного котла; трансформаторы тока и амперметры, предназначенные для контроля токов нагрузки электродного котла; вольтметры для контроля напряжения питания.

Схема питания котла водой приведена на рис. 2, б.

Схема включение электродного парового котла

Рис. 2. Включение электродного парового котла:

а - в электрическую сеть; б - в систему питания водой;
АВ - автоматический выключатель; ТТ - трансформатор тока; К - контактор;
1 - электромагнитный клапан; 2 - фильтр-отстойник; 3 - питательный насос; 4 - регулятор уровня

В табл. 1 приведена техническая характеристика паровых электродных котлов на напряжение 0,4 кВ. Паровые котлы большой единичной мощности изготовляются на напряжение питающей сети выше 1000 В.

Таблица 1. Техническая характеристика электродных паровых котлов

Наименование Котел КЭПР-250/0,4 Котел КЭПР-160/0,4
Потребляемая номинальная мощность, кВт 250 160
Номинальное напряжение питающей сети, кВ 0,4 0,4
Номинальный ток, А 375 240
Число фаз 3 3
Паропроизводительность, кг/ч 320 210
Максимальное рабочее давление, МПа (кгс/см²) 0,6 (6) 0,6 (6)
Удельное сопротивление питательной воды при 20 °С, Ом·см 1000-12000 1000-12000
Масса, кг 500 500
Объем, л 200 200
Коэффициент полезного действия, % 98 98

Трехфазные электродные водогрейные котлы применяются для отопления и горячего водоснабжения крупных зданий и небольших поселков. Котлы на напряжение 0,4 кВ выполняются с пластинчатыми электродами, наиболее приемлемыми для воды с низкой удельной электропроводностью.

На рис.3 приведено схематическое устройство электродного водогрейного регулируемого котла напряжением 0,4 кВ, мощностью 12—250 кВт. Внутри цилиндрического корпуса установлены электроды, напряжение к которым подается через проходные изоляторы, укрепленные на днище котла. Нагрев воды происходит при движении между плоскими электродными пластинами при протекании через нее электрического тока. Регулирование мощности осуществляется изменением протекающего через воду электрического тока при помощи диэлектрических пластин (антиэлектродов), собранных в пакет и входящих в зазоры между электродными пластинами.

схема электродного регулируемого котла

Рис. 3. Схема электродного водогрейного регулируемого котла напряжением 0,4 кВ:

1 - корпус; 2 - пластинчатые электроды; 3 - проходные изоляторы;
4 - диэлектрические пластины (антиэлектроды); 5 - штурвал; 6 - шток;
7 - защитные пластины; 8 - вход воды; 9 - выход горячей воды; 10 - термореле; 11 - дренаж; 12 - заземление

Мощность электродных водогрейных котлов рассчитана на определенное удельное сопротивление воды при 20 °С. При нагреве воды с удельным сопротивлением при 20 °С, отличающимся от расчетного, мощность котла будет определяться:

N = Nном × ρ20рас / ρ20,

где Nном, N - номинальная и фактичная мощность водогрейного котла, Вт; ρ20рас - расчетное удельное сопротивление воды, Ом·м; ρ20 - фактическое удельное сопротивление воды, Ом·м.

Электродные водогрейные котлы на напряжение 6—10 кВ изготовляются с цилиндрическими и кольцевыми электродами. Котлы с цилиндрическими электродами применяются при высоком удельном сопротивлении воды.

Цилиндрический корпус электродного водогрейного котла (рис. 4, а) имеет входной 2 и выходной 3 патрубки для воды. Крышка 5 и днище 6 в зависимости от диаметра корпуса и рабочего давления в котле выполняются либо плоскими, либо эллиптическими.

В днище устанавливаются вводы фазных электродов. Фазные электроды 7 представляют цилиндрические стержни определенных длины и диаметра, к которым подводится напряжение по токоведущим шпилькам изоляторами 8. Каждый фазный электрод коаксиально окружен нулевым электродом 9. Все нулевые электроды приварены к диафрагме 10, которая разделяет полость котла на две части между входным и выходным патрубками и направляет поток воды в кольцевые зазоры между фазными и нулевыми электродами, в которых происходит ее нагрев.

В нижней части нулевых электродов крепятся фторопластовые втулки 11, служащие для равномерного распределения воды по фазам и для защиты от износа узлов уплотнения между фазным электродом и проходным изолятором.

Мощность котла регулируется вертикальным перемещением фторопластовых экранов 12, расположенных коаксиально относительно фазных и нулевых электродов, которые жестко закреплены на крестовине 13, связанной с электроприводом 16. Перемещение фторопластовых экранов относительно фазных электродов изменяет их активную площадь и, как следствие, мощность котла.

Устройство электродных котлов на 6-10 кВ

Рис. 4. Устройство электродных водогрейных котлов на напряжение 6-10 кВ:

а - с цилиндрическими электродами:
1 - корпус; 2 - входной патрубок; 3 - выходной патрубок; 4 - опора; 5 - крышка корпуса;
6 - днище; 7 - фазный электрод; 8 - проходной изолятор; 9 - нулевой электрод; 10 - диафрагма;
11 - фторопластовая втулка; 12 - фторопластовый экран; 13 - крестовина; 14 - ходовой винт;
15 - кулачковая муфта; 16 - электропривод; 17 - воздушник; 18 - дренажный патрубок; 19 - штуцер для датчика температуры;
б - с кольцевыми электродами:
1 - корпус; 2 - диафрагма; 3 - фторопластовая камера; 4 - фазный электрод; 5 - проходной изолятор;
6 - нулевой электрод; 7 - подвеска; 8 - ходовой винт; 9 - кулачковая муфта; 10 - электропривод;
11 -воздушник; 12 - дренажный патрубок; 13 - штуцер для датчика температуры

Котлы с кольцевыми электродами применяются для нагрева воды с низким удельным сопротивлением. Внутри котла (рис. 4, б) между днищем и диафрагмой 2 установлены три фторопластовые камеры 3 с отверстиями в нижней части для прохода воды в межэлектродное пространство. Размещенные в камерах фазные электроды выполнены из концентрических стальных колец, соединенных между собой сваркой. Нулевые электроды 6, расположенные над фазными, выполнены аналогично фазным. Нулевые электроды закреплены жестко на подвеске 7, связанной с электроприводом 10. Регулирование мощности осуществляется электроприводом за счет изменения расстояния между фазным и нулевым электродами. Минимальный зазор между электродами устанавливается расчетом.