專利名稱：可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐及其加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以煤油為導(dǎo)熱介子的鍋爐及其加熱方法，主要是指一種可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐及其加熱方法。
背景技術(shù)：
已知的以煤油為導(dǎo)熱載體的鍋爐，其結(jié)構(gòu)大多是在爐體內(nèi)設(shè)有多根多層空心鋼管，鋼管內(nèi)充滿煤油，其加熱方式主要是以燃油作為能源。這種鍋爐由于結(jié)構(gòu)上的缺陷，以及加熱方式的不合理，造成了熱效率很低(大約20％)，浪費(fèi)大量能源，成本高，同時(shí)還污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐及其加熱方法，該方法改變了換熱結(jié)構(gòu)和方式并采用中頻感應(yīng)加熱代替燃油加熱，較好地解決了現(xiàn)有燃油鍋爐存在的不足。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的鍋爐結(jié)構(gòu)是這種鍋爐包括外殼、中頻電源、中頻加熱裝置、熱交換管、導(dǎo)熱介子、循環(huán)管道、儲(chǔ)油罐、油泵、進(jìn)、出水口，其主要結(jié)構(gòu)是所述熱交換管的管內(nèi)是導(dǎo)熱油，其內(nèi)管壁上設(shè)有螺旋槽，其外圓上設(shè)有保溫層，該保溫層的外面是中頻感應(yīng)線圈，該線圈上罩有納米晶導(dǎo)磁體；所述熱交換管設(shè)置在外殼內(nèi)，該外殼上設(shè)有進(jìn)、出水口，該進(jìn)、出水口分別接中頻感應(yīng)線圈；所述熱交換管的一端經(jīng)油泵接儲(chǔ)油罐，其另一端接管道。
該鍋爐結(jié)構(gòu)還包括所述保溫層為硅酸鋁耐火纖維氈。
所述中頻感應(yīng)線圈為螺旋狀。
所述外殼為封閉的環(huán)氧樹(shù)脂板。和所述熱交換管為鋼管。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法是設(shè)置一內(nèi)腔帶有螺旋槽的熱交換管，使導(dǎo)熱油以螺旋狀在熱交換管內(nèi)流過(guò)并被加熱；在熱交換管的外圓上包裹用于保溫的硅酸鋁耐火纖維氈；在硅酸鋁耐火纖維氈的外面設(shè)有用于加熱導(dǎo)熱管的螺旋狀中頻感應(yīng)線圈，該線圈上罩有納米晶導(dǎo)磁體；在油泵的作用下，被加熱的導(dǎo)熱油在熱交換管和管道里循環(huán)；在熱交換管的外面罩有用于防電磁的封閉的環(huán)氧樹(shù)脂外殼，該外殼上有連接中頻感應(yīng)線圈的進(jìn)、出水口，冷卻水經(jīng)進(jìn)、出水口流過(guò)線圈。
該方法還包括所述熱交換管采用鋼管。
所述外殼的材料采用玻璃鋼。
所述熱交換管為水平放置。和所述熱交換管和中頻感應(yīng)加熱方式可用于燃油鍋爐的改造。
本發(fā)明具有的有益效果由于采用了中頻感應(yīng)加熱方式和納米晶導(dǎo)磁體，以及新結(jié)構(gòu)的熱交換管，具有熱效率高，節(jié)能，設(shè)備小，成本低，環(huán)保等特點(diǎn)，可以比一般的中頻感應(yīng)加熱節(jié)能30％。本技術(shù)可以完全取代傳統(tǒng)燃油鍋爐，也可用于對(duì)現(xiàn)有燃油鍋爐的改造。


圖1是本發(fā)明的鍋爐整體示意圖，表示剖開(kāi)后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中1進(jìn)水口、2外殼、3出水口、4中頻感應(yīng)線圈、5保溫層、6螺旋槽、7熱交換管。
圖2是圖1的俯視圖，其中8接線排。
圖3是圖1的側(cè)視圖，其中10絕緣立柱、11吊裝件。
圖4是圖1的感應(yīng)線圈示意圖，其中12納米晶導(dǎo)磁體。
具體實(shí)施例方式
如圖所示，本鍋爐主要由外殼2、中頻感應(yīng)線圈4、保溫層5、熱交換管7、納米晶導(dǎo)磁體12組成。本技術(shù)可以完全取代傳統(tǒng)燃油鍋爐，還可用于對(duì)現(xiàn)有燃油鍋爐的改造。
實(shí)施例取一長(zhǎng)度2米左右、內(nèi)孔徑250-300mm的厚壁(30mm)鋼管作為熱交換管7，在管7的內(nèi)孔有螺旋槽(內(nèi)孔的形狀像波紋管)6，在管7的外圓包裹有保溫層5，其保溫材料可選用硅酸鋁耐火纖維氈，在保溫層5的外圈安裝有中頻感應(yīng)線圈4，該線圈4是空心銅管，其外罩有納米晶導(dǎo)磁體12，線圈4通過(guò)4個(gè)絕緣立柱10固定在外殼2上。外殼2采用環(huán)氧樹(shù)脂或玻璃鋼，這主要是考慮防電磁功能，外殼2將熱交換管7和中頻感應(yīng)線圈4封閉在里面，在殼體上安裝有進(jìn)水口1和出水口3，該進(jìn)出水口分別接線圈4的兩端，在殼體上還安裝有接線排(也叫銅排)8，該接線排8用于連接線圈4和中頻電源。熱交換管7水平放置，其一端通過(guò)油泵接儲(chǔ)油箱，另一端連接管道。工作時(shí)，在油泵的作用下，導(dǎo)熱油以螺旋狀流過(guò)熱交換管并被加熱，然后直接送入管道中。中頻感應(yīng)線圈4流有循環(huán)冷卻水。
工作原理依據(jù)鍋爐自身的結(jié)構(gòu)形狀，形位和機(jī)制，充分利用了中頻感應(yīng)線圈鄰近集膚三效用疊加，而且是迭次疊加原理。通過(guò)電磁輻射加熱熱交換管，當(dāng)中頻逆變電流經(jīng)感應(yīng)加熱器，通過(guò)頻率的選擇裝置，可產(chǎn)生最理想的感應(yīng)電流，同時(shí)在熱交換管的周邊產(chǎn)生電流，隨之產(chǎn)生的焦耳熱與其熱交換管內(nèi)流動(dòng)著的熱媒油進(jìn)行交換，從而實(shí)現(xiàn)了較快的加熱效果。其特點(diǎn)是它以電為能源，而不是以燃油做能源，無(wú)燃油過(guò)程，安全可靠，加熱速度快，熱效率高達(dá)90％以上。
感應(yīng)加熱器與熱交換管根據(jù)鍋爐的實(shí)際情況，使熱量充分傳遞至導(dǎo)熱油，那么感應(yīng)加熱區(qū)和導(dǎo)熱油接觸的換熱面積要大，換熱效率要高，本熱交換管設(shè)計(jì)成內(nèi)腔為波紋管式結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，可以降低導(dǎo)熱油的流速，增加加熱時(shí)間，提高熱效率，節(jié)省能源。
一.設(shè)備功率的確定1.如中頻感應(yīng)線圈的發(fā)熱量為1,000,000Kcal，一次注入的導(dǎo)熱油的重量約7000Kg根據(jù)以上數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算確認(rèn)功率確定為160K。
2.每天用電量的計(jì)算按照每天24小時(shí)計(jì)算，每天總用電量為(不包括設(shè)備電效率和散熱)用電量＝24×160＝3840KW.h(度)3.考慮到系統(tǒng)導(dǎo)熱油在初始加熱時(shí)，其他設(shè)備不進(jìn)行工作，所以油溫在循環(huán)時(shí)的溫度下降很少，這時(shí)用現(xiàn)有的中頻全部功率將全部導(dǎo)熱油加熱升溫200℃時(shí)，所用的時(shí)間計(jì)算如下(此時(shí)間不包括散熱所需要的加熱時(shí)間)時(shí)間＝0.6×7000×200÷0.24÷160÷0.7＝31250(秒)＝8.68(小時(shí))二.設(shè)備的組成設(shè)備由以下部分組成，中頻電源、電容器、中頻感應(yīng)線圈、導(dǎo)熱油、熱交換管、溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。
1、中頻電源中頻電源電路采用6脈波整流方式，進(jìn)線電壓采用380V2、中頻電源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1、整流部分用KP400A/1200V可控硅；2.2、逆變電路采用KK400A/1600V快速可控硅；
2.3、可控硅采用疊裝式散熱器組件；3、中頻電源應(yīng)具備的性能3.1、控制系統(tǒng)全數(shù)字化，無(wú)繼電控制控制系統(tǒng)采用單板高可靠性的大規(guī)模集成電路控制。各種信號(hào)的運(yùn)算處理及其相應(yīng)動(dòng)作的執(zhí)行都按程序自動(dòng)進(jìn)行。用數(shù)字控制系統(tǒng)代替各種繼電控制回路所要完成的功能，整個(gè)中頻電源設(shè)備無(wú)一只繼電器。
3.2、掃頻式啟動(dòng)方式，具有100％的啟動(dòng)成功率逆變部分采用掃頻式零壓軟啟動(dòng)方式，啟動(dòng)性能優(yōu)于普通的零壓軟啟動(dòng)電路。其掃頻式的大致啟動(dòng)過(guò)程如下在逆變電路啟動(dòng)以前，先以一個(gè)高于槽路諧振頻率的它激信號(hào)去觸發(fā)逆變晶閘管，并控制它激信號(hào)的頻率從高到低掃描。當(dāng)它激信號(hào)的頻率下降到接近槽路諧振頻率時(shí)，中頻電壓便建立起來(lái)。為防止中頻電源偶爾的啟動(dòng)失敗，設(shè)計(jì)了自動(dòng)重復(fù)啟動(dòng)電路，保證了100％的啟動(dòng)成功率，而且，其響應(yīng)時(shí)間很短，完成一次自動(dòng)重復(fù)啟動(dòng)的時(shí)間小于500毫秒。
3.3、具有快速響應(yīng)特性的調(diào)節(jié)器在控制線路中設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器，其響應(yīng)時(shí)間很短，完全適合于中頻電源在負(fù)載突變的情況下適應(yīng)快速響應(yīng)的使用要求。
3.4、電源恒功率輸出，可保證高的功率因數(shù)設(shè)計(jì)的阻抗調(diào)節(jié)器可檢測(cè)到阻抗的變化，并將此變化送入電路內(nèi)部進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗的匹配，使中頻電源達(dá)到恒功率輸出。同時(shí)，由于阻抗調(diào)節(jié)器的使用，在工作過(guò)程中，整套設(shè)備的運(yùn)行功率因數(shù)可達(dá)到0.92以上。
3.5、具有優(yōu)異的抗沖擊負(fù)荷能力裝置中主要元器件的參數(shù)選擇均留出較大裕量，在硬件上保證了各元器件有較好的抗沖擊能力。在軟件上，使系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，有效的防止了加熱時(shí)所造成的電流沖擊對(duì)晶閘管的損壞。這樣就保證了設(shè)備具有優(yōu)異的抗沖擊負(fù)荷能力，使設(shè)備能夠長(zhǎng)期安全可靠地運(yùn)行。
3.6、完善可靠的保護(hù)功能控制線路設(shè)有過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓、缺相、控制電源欠電壓、冷卻水壓過(guò)低和冷卻水溫過(guò)高、水流量過(guò)低等各項(xiàng)保護(hù)措施。這些保護(hù)功能的分析處理與實(shí)現(xiàn)都由主控制板上的功能完成，保證了各項(xiàng)保護(hù)功能的靈敏度及可靠性。本裝置為水冷卻設(shè)備，為了設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，故應(yīng)對(duì)冷卻水的水溫進(jìn)行多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，在每一只可控硅上均裝有兩個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)，并且在每一臺(tái)諧振電容器及各感應(yīng)線圈上也裝有相同的溫度檢測(cè)點(diǎn)。這就使該套系統(tǒng)的每一個(gè)水冷卻部分均受到實(shí)時(shí)監(jiān)控，決不會(huì)因?yàn)槟滁c(diǎn)的水溫過(guò)高而造成元器件的損壞。
3.7、先進(jìn)的相序自識(shí)別功能控制系統(tǒng)中含有相序自識(shí)別電路，使裝置無(wú)須安裝同步變壓器，免去了調(diào)試維修中調(diào)相序、對(duì)同步的工作。
3.8、豐富的外控接口裝置含有內(nèi)/外轉(zhuǎn)換、自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和它們的接口，可方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。并設(shè)有溫度外環(huán)的控制接口，與紅外測(cè)溫儀和溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合，可方便的實(shí)現(xiàn)程序設(shè)定溫升對(duì)電源輸出功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使鋼管的最終加熱溫度達(dá)到預(yù)期溫度。
3.9、光隔離脈沖輸出在控制系統(tǒng)中，觸發(fā)脈沖從控制板到可控硅的控制極之間具有雙重隔離措施。在控制板上采用了2500V以上耐壓的光隔離器件對(duì)觸發(fā)脈沖進(jìn)行光電隔離，在脈沖變壓器上采用了3000V以上耐壓等級(jí)的變壓器組件。即使可控硅過(guò)壓擊穿，也不會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響。
3.10、調(diào)試維修簡(jiǎn)單方便控制板中大多數(shù)參數(shù)的設(shè)定都由控制板的內(nèi)部電路自動(dòng)完成，用戶調(diào)整的僅有六只電位器的參數(shù)設(shè)定。所以該控制板具有極強(qiáng)的通用性和互換性，而且調(diào)試維修極為簡(jiǎn)單方便。
4.中頻感應(yīng)線圈4.1中頻感應(yīng)線圈制作成臥式圓型結(jié)構(gòu)，或根據(jù)工作要求特制不同形狀，由銅管繞制而成。
4.2中頻感應(yīng)線圈具有保護(hù)外罩。由于加熱溫度只有200℃，并且加熱的鋼管外部還有保溫層，所以感應(yīng)線圈的外罩和立柱均采用絕緣材料制作。
4.3中頻感應(yīng)線圈安裝在熱交換管的外部，和熱交換管之間采用硅酸鋁綿進(jìn)行保溫。
4.4電容器安裝在感應(yīng)器的外殼內(nèi)，形成一個(gè)整體。
5.熱交換管5.1熱交換管為一根厚壁鋼管，內(nèi)腔為波紋管形狀。
5.2熱交換管采用水平設(shè)置。
5.3熱交換管的出入接口采用法蘭盤(pán)，保持和現(xiàn)場(chǎng)的接口相同。
6.溫控系統(tǒng)溫度控制采用一臺(tái)溫度調(diào)節(jié)儀完成，通過(guò)放置在出油處的熱電偶進(jìn)行測(cè)溫，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值(200℃)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行中頻功率的調(diào)節(jié)，達(dá)到保溫和加熱的要求。整個(gè)加熱和溫度控制均在自動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行控制。
本發(fā)明中涉及到而未做說(shuō)明的技術(shù)(設(shè)備)均為公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐，包括外殼、中頻電源、中頻加熱裝置、熱交換管、導(dǎo)熱介子、循環(huán)管道、儲(chǔ)油罐、油泵、進(jìn)、出水口，其特征是所述熱交換管的管內(nèi)是導(dǎo)熱油，其內(nèi)管壁上設(shè)有螺旋槽，其外圓上設(shè)有保溫層，該保溫層的外面是中頻感應(yīng)線圈，該線圈上罩有納米晶導(dǎo)磁體；所述熱交換管設(shè)置在外殼內(nèi)，該外殼上設(shè)有進(jìn)、出水口，該進(jìn)、出水口分別接中頻感應(yīng)線圈；所述熱交換管的一端經(jīng)油泵接儲(chǔ)油罐，其另一端接管道。
2.如權(quán)利要求1所述的可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐，其特征是所述保溫層為硅酸鋁耐火纖維氈。
3.如權(quán)利要求1所述的可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐，其特征是所述中頻感應(yīng)線圈為螺旋狀。
4.如權(quán)利要求1所述的可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐，其特征是所述外殼為封閉的環(huán)氧樹(shù)脂板。
5.如權(quán)利要求1所述的可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐，其特征是所述熱交換管為鋼管。
6.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐的加熱方法，其特征是a.設(shè)置一內(nèi)腔帶有螺旋槽的熱交換管，使導(dǎo)熱油以螺旋狀在熱交換管內(nèi)流過(guò)并被加熱；b.在熱交換管的外圓上包裹用于保溫的硅酸鋁耐火纖維氈；c.在硅酸鋁耐火纖維氈的外面設(shè)有用于加熱導(dǎo)熱管的螺旋狀中頻感應(yīng)線圈，該線圈上罩有納米晶導(dǎo)磁體；d.在油泵的作用下，被加熱的導(dǎo)熱油在熱交換管和管道里循環(huán)；e.在熱交換管的外面罩有用于防電磁的封閉的環(huán)氧樹(shù)脂外殼，該外殼上有連接中頻感應(yīng)線圈的進(jìn)、出水口，冷卻水經(jīng)進(jìn)、出水口流過(guò)線圈。
7.如權(quán)利要求6所述的可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐的加熱方法，其特征是所述熱交換管采用鋼管。
8.如權(quán)利要求6所述的可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐的加熱方法，其特征是所述外殼的材料采用玻璃鋼。
9.如權(quán)利要求6所述的可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐的加熱方法，其特征是所述熱交換管為水平放置。
10.如權(quán)利要求6所述的可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐的加熱方法，其特征是所述熱交換管和中頻感應(yīng)加熱方式可用于燃油鍋爐的改造。
全文摘要
一種可控硅中頻加熱工業(yè)介子鍋爐及其加熱方法，其結(jié)構(gòu)主要由外殼、中頻感應(yīng)線圈、保溫層、熱交換管、納米晶導(dǎo)磁體組成。其中熱交換管的管內(nèi)是導(dǎo)熱油，其內(nèi)管壁上設(shè)有螺旋槽，其外圓上設(shè)有保溫層，該保溫層的外面是中頻感應(yīng)線圈，該線圈上罩有納米晶導(dǎo)磁體；所述熱交換管設(shè)置在外殼內(nèi)，該外殼上設(shè)有進(jìn)、出水口，該進(jìn)、出水口分別接中頻感應(yīng)線圈；所述熱交換管的一端經(jīng)油泵接儲(chǔ)油罐，其另一端接管道。其加熱方法是，在油泵的作用下，導(dǎo)熱油以螺旋狀流過(guò)熱交換管并被加熱，然后直接送入管道中。本技術(shù)可以完全取代傳統(tǒng)燃油鍋爐，還可用于對(duì)現(xiàn)有燃油鍋爐的改造。
文檔編號(hào)F24H1/00GK1763456SQ20051010114
公開(kāi)日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者董秀蘭 申請(qǐng)人:豐寶科技(中山)有限公司