高频电加热处理器电磁感应技术在电加热锅炉除垢实现上的应用

王事陪 欧先印 桑恒钦 索选轩

（江西省锅炉压力容器检验检测研究院九江分院）

0 引言

随着电力工业的不断发展，加之环保的严格要求，使得能耗大、热效率低、污染严重的锅炉都将面临淘汰的命运。而电加热锅炉以其独特的优势占有重要一席之地，其优点如下：

（1）结构简单。

无论是LDR型，还是WDR型电加热锅炉，其整体结构都是简单的单腔圆筒型，浸入式电热管由端部，或者筒身插入，对锅水进行加热。电热管均布，使其锅水的温差分布均衡，避免局部过冷、过热。与DZL型、WNS型、SZL型等锅炉相比，无需布置燃烧室、烟道、管路等结构，锅炉体积小、重量轻、易于运输、安装与维修更加方便。

（2）无污染。

由于采用电热管加热锅水，电能直接转化为热能，无需燃烧生物质、燃煤、燃油、燃气等燃料，不会产生任何有害气体、粉尘以及灰渣，对环境无污染。

（3）操作简单、快速。

启停炉速度快，运行负荷调节范围大，调节速度快，操作简单。

电热管连接的电回路能迅速的响应用户启停炉操作的需求，能无任何延时完成启停炉动作。

比燃气锅炉少了前吹扫、开关燃气等动作，比燃生物质、燃煤锅炉少了炉排运行，燃料同步供应、鼓引风机启停等动作。

（4）能量转换率高。

由于电能直接转化为热能，不会产生由烟气、灰渣以及空气供应等造成的热损失，能量转换率高达95%以上。

（5）可采用计算机监控，实现自动化。

电加热蒸汽锅炉的低水位、高液位报警及连锁、超压报警及连锁；电加热热水锅炉的低水位、高液位报警及连锁、高温报警及连锁都可以采用计算机实现监控调节，运行参数在计算机控制面板上直接显示，且实现自动控制。

虽然电加热锅炉有诸多优点，然而电热管的结垢、除垢却是无法回避的问题。水垢的厚度直接影响了电热管的寿命和安全使用性能，锅炉制造厂家在产品说明书中通常会明确规定，锅炉运行一段时间后需 进行锅炉和加热管清洗。目前常用的清洗方法有物理清洗和化学清洗［1］，当结有水垢时，用物理清洗是难以清除干净的，尤其是受限于狭窄空间、角落，清洗工具无法进入时，这些地方是无法清洗的，且清洗成本较高。而锅炉化学清洗是一项技术很强的工作，一般由具有相应清洗能力的清洗单位承担，对废液需进行后续处理，处理不当，有污染环境的可能性，且费时费力，除垢成本高，且不当的化学清洗，不但达不到良好的除垢效果，而且反而会对锅炉造成腐蚀、爆管等危害。鉴于此，对于电加热锅炉电热管除垢，采用新技术除垢有必要且有重要意义。本文重点阐述高频电加热暨电磁感应水处理器电磁感应除垢技术的原理、实现方式与意义。

1 高频电加热暨电磁感应水处理器电磁感应除垢技术

1.1 原理

高频电加热暨电磁感应水处理器是把一台高频逆变器主机、一个谐振电容（置于高频逆变器主机内）和传输电缆（电线）组成一体，具体见图1。将与原水加热电热丝相连的工频电源替换成高频逆变器作为加热电源，由于电热丝自身的结构存在较大的电感，被加热的水体即可产生一个外加于电热丝附近的高频交变的电磁场。当锅水中电热管附近的成垢离子结合成大量的文石晶核时，水中矿物质含量超过其在水中的饱和溶解度时，成垢离子就会析出并优先生长在这些晶核上形成文石晶体。通过高频电磁场有效地改变硬水中各种离子和分子的运动状况，使得电加热管表面的析出水垢的趋势转化成悬浮在水中的大量文石晶核上析出形成文石晶体。该文石晶体的粘附性很弱，呈松软絮状，悬浮在水中由水流带走或沉积于锅炉的底部，易通过管路或者排污排除，从而达到抗垢与除垢的效果。

图1 电磁感应除垢技术原理图

1.2 实现方式

谐振电流的测量实时输出最优谐振频率是电磁感应除垢、阻垢技术的关键。自动频率跟踪算法和高频大功率双极性方波发生电路（全桥逆变电路）以及基于谐振原理的正弦波产生电路能够使该电加热锅炉适应于不同的水质环境，且能够有效的防垢、除垢，延长电加热锅炉尤其是电热管的使用寿命。

如图2所示，控制主机包括高频驱动信号发生电路、高频驱动信号放大电路、高频大功率双极性方波发生电路、高频大功率正弦波产生电路（串联谐振电路）、状态参数检测电路、LCD显示电路以及信号处理技术。

图2 主机系统框图

高频双极性方波产生电路（全桥逆变电路）及LC串联谐振电路图，如图3所示。基于单片机控制及检测系统电路图如图4所示。

图3 高频双极性方波产生电路（全桥逆变电路）及LC串联谐振电路图

图4 基于单片机控制及检测系统电路图

如图3所示，由信号处理器产生的用于双极性方波调制电路（全桥逆变电路）的4个开关的驱动信号经信号放大电路放大后，控制全桥逆变电路4个开关的通断频率及通断时间，从而使全桥逆变电路输出双极性方波，该双极性方波通过谐振电容和原设备已有的电加热丝（电感线圈）组成的串联LC谐振电路，在谐振时可产生正弦或余弦的交变电流，从而在电加热丝（电感线圈）附近产生高频交变电磁场，状态参数检测电路可以检测回路电流通过信号处理器处理后锁定谐振频率。

高频双极性方波产生电路（全桥逆变电路）及LC串联谐振电路和主机系统是高频开关驱动信号发生电路系统的核心，根据对回路电流的检测实时的输出并锁定最优频率的驱动信号，使电路处在谐振状态。根据图4所示，状态参数检测电路用于对回路电流进行实时检测，信号处理器对检测到的信号进行处理后输出并锁定谐振频率，最后通过LCD显示出来。

自动频率跟踪算法是结合LC串联谐振电路具有特定的频率以及处在谐振状态时谐振电流最大的原理，通过对检测的回路电流进行处理后，由信号处理器产生一个控制方波调制电路（全桥电路）开关的时钟，并使方波调制电路（全桥电路）开关的工作频率锁定在串联LC谐振电路的谐振频率上，以便输出最佳工作频率，从而使感应电磁场的幅值最大。

2 结束语

虽然电加热锅炉都配备了水处理设备，通常为一台时间型钠离子交换器或者锅外加药处理设备。但很多用户并未受到专门的培训，对交换器或加药量、成分的配比等的使用与设置根本不了解，或者直接忽视给水进入锅炉的前置处理的水质质量，造成给水质量变差，如果不合格的给水进入锅炉后，在电热管加热下，容易造成电热管结垢，而除垢工作通常难以处理，采用该技术后，能有效的避免结垢，甚至能降低对给水的质量要求。通过对锅水质量的后续化验，掌握好排污规律和次数和时间，就能使电加热锅炉电热管、本体少结垢，甚至不结垢。

该除垢过程是在锅炉运行状态下进行的，不需要单独进行停机进行除垢操作，不会影响生产。且能有效地避免电热管因结垢引起的爆管事故，具有节约成本和安全使用的优势。