Электрическое устройство для предупреждения образования твердых осадков внутри паровых котлов и других металлических аппаратов Советский патент 1924 года по МПК C23F14/00 C02F1/48 

Предлагаемое изобретение имеет целью предотвращение осаждения накипи на активных металлических поверхностях технических аппаратов, в которых совершается теплообмен.

Теоретические данные, на которых авторы основывают способ применения электрического устройства для предупреждения образования твердых осадков внутри паровых котлов, заключаются, согласно указаний, в следующем: образование накипи, главным образом, происходит или за счет прогрессивного падения растворимости некоторых минерализирующих примесей растворителя (напр., сульфаты щелочных земель), или за счет гидротермических реакций, связанных при повьпнении температуры растворителя с выпадением нерастворимых конститюэнтов в виде более устойчивой соли или оснований (напр., щелочно-земельные карбонаты). Согласно теории растворов, находящиеся в них соли ионизированы, следовательно, при пропускании через растворы электрического тока, можно получить разделение и определенным образом отсортировку ион минерального содержания раствора; при этом ионы металлов сгруппируются

на катоде, а остальные ионы на аноде и, таким образом, нерастворимые соли будут разрушены, как химическое соединение, в первый же момент вступления их в аппарат и отсортированы определенным образом в пределах, предоставляемых природой электрических явлений.

На фиг. 1 - 11 схематически изображены способы применения предлагаемого электрического устройства в паровых котлах с жаровыми трубами; на фиг. 12-13 - такое же устройство в паровых котлах с прогарными трубами.

Утилизация электрических явлений в изложенном направлении является основной идеей данного изобретения, которое заключается в том, что, взяв за отрицательный пояс внешней цепи 1 активную поверхность 2 того или иного технического аппарата и подводя положительный ток через изолированный ввод 8, опущенный внутрь аппарата в растворитель, к одному или нескольким анодам 4, можно всегда достичь того, что все вносимые с растворителем внутрь аппарата ионы минерализирующих примесей сортируются током в указанном

выше порядке и отлагаются на „катодизированной активной поверхности аппарата в виде мельчайшей сыпи: пузырьков водорода, оснований металлов или самих металлов минерализирующих примесей растворителя, в растворенном (щелочные основания) или твердом состоянии (щелочно-земельные основания), а на аноде внешней цепи образуется кислород, кислотные или металлоидные группы минерализируюи;их примесей растворителя которые, в зависимости от химических свойств металла анода, действуют или не действуют разрушающе на последний; в первом случае, анод подлежит периодическому возобновлению. Постоянно существующая во все время действия тока миллиарная сыпь пузырьков водорода физически препятствует, как своего рода постоянно возобновляемая газовая броня, осаждению и пригоранию к катодированной активной поверхности мельчайших пылеобразных частиц, выпавших у катода ввиде нерастворимых оснований минеральных подмесей растворителя, выделяющийся же на катоде водород действует как энергичный восстановитель, предохраняющий радикальным образом активную поверхность от разъедания. Опыт показал, что в аппаратах с положительным теплообменом (нагревательных), выпавшие в виде тончайших пылеобразных частиц нерастворимые остатки разрушенной током накипи легко.уносятся циркуляционными токами растворителя в слой его наивысшего уровня; в аппаратах же с отрицательным теплообменом - обратно, в самые низшие горизонты. Отсюда следует, что во время работы аппаратов первого рода самые верхние слои растворителя будут пресыщены пылеобразными нерастворимыми остатками солей, а в аппаратах второго рода самые низшие. Это заставляет устраивать в нагревательных аппаратах, в случае сильной минерализации растворителя и интенсивного теплообмена, периодическое удаление известных порций его во все время работы аппарата с наивысшего горизонта, а во всех охладительных - также во время работы - с наинизшего. Так как положительный полюс 4 вне иней цепи /, фиг. 3, 4, согласно предыдущего, всегда погружен в растворитель, можно автоматически использовать таковую в сигнальных целях, включив в цепь звонок 8, фиг. 3, в тех случаях, когда, по техническому назначению аппарата, находящийся в нем растворитель не должен понижаться ниже определешюго, нормированного предельного уровня 3, фиг. 3, 4. Для сего достаточно лишь совместить анод 4, фиг. 3, 4, цепи J. с нормированным уровнем растворителя, что проще всего достичь, выполняя анод из листового материала сравнительно небольшой толщины.

Совершенно ясно, что эффект удаления накипи будет наиболее выпукло выражен в тех частях катодизированной активной поверхности, которые ближе всего расположены к аноду 4, фиг. 1 - 4, или, при прочих равных условиях, находится в зоне более высоких температур растворителя.

В виду того, что поверхность согревательного прибора не может быть достаточно изолирована от остального металлического корпуса, предлагаемое изобретение при своей практической реализации подвергается поневоле следующим изменениям, именно, катодируется не только активная поверхность, но попутно с нею и вся, по конструктивным требованиям, металлически с нею соединенная часть аппарата. Место расположения, размер, форма, число анодов, подчас их материал определяются в каждом отдельном случае, помимо чисто индивидуальных обстоятельств, еще и внимательным просчетом, приняв особо во внимание различную проводимость растворителя в зависимости от ожидаемого распределения температур в аппарате.

В частности, в отношении нагревательных аппаратов можно привести нижеследующие общие правила.

В тех случаях, когда при расположении анода или анодов (одного, сдвоенного, строенного и т. д. 4, фиг. 5-6), примерно, в зоне одной и той же температуры, действие приспособления не бывает местами достаточно ярко выражено, необходимо располагать вспомогательные анодь 4 или у тех мест, где это действие сказалось всего ху5ке.

.либо в слоях растворителя с заведомо самой низкой температурой, чтобы тем самым возможно уменьшить прямое ответвление тока с анода на корпус за счет увеличения его части, уходящей через катодированную активную поверхность аппарата 2, фиг. 8 - 10.

В случае применения вспомогательных анодов 4, фиг. 8 -10, сигнальные аноды или анод 4, включаются в особое ответвление по схеме фиг. 7 с теми же значениями цифр, как и на фиг. 1, 2, 3, 4, или по схемам на остальных фигурах 5 - 13, где обозначены: 10 - амперметры; 11 - реостаты для регулировки; 12 - рубильники; 13 - вольтметры; 14 - электромагнит с сердечником; 15 - притягивающийся сердечником электромагнита 14 якорь - 16, контакт сигнального ответвления 17, 18 - источник тока; 19 - ответвление к оси 20 качающегося рычага 21, один конец которого оттягивается пружинкою 22, а другой притягивается электромагнитом 14, 23-внещняя цепь, идущая от отрицательного полюса внешнего источника тока.

Действие сигнализации может быть основано либо на прекращении подачи тока в цепь сигнальных анодов, или анода, фиг. 3, 4, либо на подаче сигнального тока при ненормальном понижении уровня растворителя, напр., по схеме фиг. 7.

Пока уровень жидкости в аппарате не упадет ниже нормального, на котором, согласно предыдущего, находится сигнальный анод, ток идет от источника 8, фиг. 7, по кратчайшему направлению, т. е. через участок цепи 23, и электромагнит 14, притягивая к его сердечнику якорь 15, через провод 1 и шину 3 к аноду 4, и оттуда, через растворитель, активную поверхность 2 11 корпус аппарата, возвращается назад. Когда уровень растворителя в аппарате упадет ниже нормального 5, фиг. 7, описанная цепь размыкается, пружинка 22 пересиливает влияние остаточного магнетизма сердечника электромагнита 14, включает проводник 19 при помощи рычага 21 и контакта 16, к тем самым включает и сигнальное приспособление 8, откуда, по ответвлению 17 с подобранным сопротивлением 11,

возвращается к источнику тока 18, фиг. 7.

В жаротрубных котлах анод приходится располагать в плоскости нормального уровня воды, примерно, посредине зеркала испарения, придавая ему вид полосы, или полос, или длинных брусков с любым поперечным сечением 4, фиг. 3 - 6. В водотрубных котлах теоретически наиболее рациональное расположение анодов в виде прутков . по оси водогрейных труб, особенно для Нижних рядов. Однако, такая конструкция сложна в выполнении и мешкотна в эксплоатации. Вспомогательные аноды 4, если к тому вынуждает необходимость, ставятся рациональнее всего по оси грязевика, если таковой, сообразно системе котла, имеет достаточные размеры, как то показано, например, на фиг. 8 - 9. В вертикальных водотрубных котлах для уравнения действия системы приходится применять расположение вспомогательных анодов 4 по фиг. 10- 1, .при чем в некоторых случаях можно ограничиться установкой лишь одного верхнего анода переднего барабана. Во всех приведенных чертежех укрепление анода в определенном месте производится помощью самых простейших опор или скоб 6, фиг. 8-13, которыми посредством изоляторов 7 укрепляется и сам анод. В котлах с неспокойным зеркалом испарения или склонных к увлечению воды, напр., в паровозных или вертикальных водотрубных, прихо;Гится изолировать всю токоподводящую-шину 3, напр., эмалировать во избежание ее разъедания от частого соприкосновения с растворителем при резких колебаниях уровня такового. В котлах передвижных, подвергающихся тряске или толчкам, аноды укрепляются особенно прочно, напр., как показано на фиг. 12-13, при помощи хомутов 6, сидящих, напр., на дымогарных трубках, на которых при помощи изоляторов 7 укрепляются аноды 4 гнутой, показанной на фиг. 12 -13, формы, или более простого очертания.

Ввод тока через паровое пространство к верхним анодам делается при помощи особо тщательно изолированных эмалированных проводов, предохраняющих провода от разъедания. Другой характерной особенностью предлагаемого изобретения является дополнительное электрическое соединение отдельных частей аппарата металлическими мостиками 9, фиг. 6 и 14, если имеется подозрение, или измерения показывают на слабую проводимость определенных стыков между звеньями или частями аппарата.

Необходимо отметить в заключение, что ценою несколько повышенного, по сравнению с предыдущим, расхода тока, предлагаемое изобретение может применяться с большой пользой и выгодой также для удаления образовавшейся ранее накипи, раз она хорошо промокает до металла и не чрезмерно (не свыше 6 - 8 мм.) толста. В таких случаях, по прошествии, примерно, недельного срока нужно произвести тщательное удаление отвалившихся кусков старой накипи.

Отмеченное свойство прибора описанной системы делает его чрезвычайно пригодным для очистки от накипи паровых подогревателей, кипятильников, опреснителей и тем более, чем форма их активной поверхности сложна и недоступна для других способов очистки, не говоря, конечно о том, что в лице электрохимического способа имеется возможность поддерживать активные поверхности этих аппаратов всегда абсолютно чистыми от каких - либо налетов.

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

1. Электрическое устройство для предупреждения образования твердых осадков внутри паровых котлов и других металлических аппаратов, характеризующееся тем, что в цепь, включающую жидкости и стенки корпуса этих аппаратов, внешним путем вводится дополнительно электрический ток источника, лежащего вне этих аппаратов и позволяющего регулировку вольтажа 1 (фиг. 1 - 6, 8 - 13), при чем отрицательный полюс источника соединен с металлом корпуса аппарата, а анод или несколько анодов 4.... (фиг. 1-6, 8-13) погружены в жидкость и замкнуты через токопроводящую щину 3, при помощи изолированного ввода 3 (фиг. 1 - 6, 8 - 13) в одну общую цепь.

2.Видоиз1менение описанного в п. 1 устройства для аппаратов с определенным наинизшим уровнем жидкости, характеризующееся тем, что во внешней части цепи включен любой электрический сигнальный прибор (напр, по фиг. 3 или 7), а аноды 4... (фиг. 3 - 13) расположены в горизонтальной плоскости на нисшем уровне жидкости.

3.Видоизменение описанного в п.п. 1 и 2 устройств, характеризующееся тем, что помимо основных анодов (фиг. 1-6, 8-13) соответстзенно расположены вспомогательные аноды 4.. (фиг. 1 - 6, 8 - 13) с токопроводящею щиною 3 (фиг. 1 - 6, 8-13), изолированною эмалью, или иным путем, а металлический корпус аппарата снабжен спускной арматурой для продувания в нагревательных или спускания плавающей или осевшей накипи - в охладительных аппаратах.

4.Видоизменение описанного в п.п. 1 и 2 устройств, характеризующееся тем, что имеются специальные пластинки, скобки или дуги 9 в разных местах корпуса, служащие токопроводными мостиками для прохода электрического тока через соединяемые части.

R патенту Б. И,