管道流體感應加熱器原理及研究與應用現(xiàn)狀

1   概述

管道流體的感應加熱，根據(jù)加熱流體種類的不同，可以分為兩類。一類是鐵磁性流體，另一類是無磁或弱磁性流體，如水、油等。前者常見于金屬冶煉中的中間包加工過程，后者常見于原油管輸、供熱供暖等領(lǐng)域。

2   管道加熱器組成

管道式電磁加熱器由中高頻電源、勵磁線圈、整流電路、逆變電路、換熱器（鋼管）、溫度流量傳感器、單片機等部分組成。電源將市電（工頻50 Hz的交流電）轉(zhuǎn)化為頻率高于1 kHz的中高頻電源；勵磁線圈均勻地繞制于換熱器外層，換熱器為鋼管，其外側(cè)包裹保溫材料；鋼管內(nèi)側(cè)可設(shè)置擋流板，加強流體擾動，有利于管道與流體之間的熱量交換；為了檢測流體的流量與溫度，可在管道外加裝流量計、內(nèi)部設(shè)置溫度傳感器；通過微控制器（單片機）實現(xiàn)對流體溫度及流量的控制，進而達到控制并保護電路的目的；IGBT逆變電路通過單片機控制程序系統(tǒng)，使控制電路保持穩(wěn)定，并在安全范圍內(nèi)運行。

為了增強電磁加熱器的安全性及熱效率，可以通過增加隔熱防護層來強化底腳絕緣，同時為了減小熱輻射對隔磁板影響，可對隔磁板采取熱輻射防護措施，還可以對隔磁板采取分塊布置及加裝冷卻裝置。

3   管道式電磁加熱器原理

①電磁感應定律

電磁感應加熱原理見圖1。在導體（具有導磁性能的不銹鋼管，為發(fā)熱元件）周圍繞制多匝線圈，并讓線圈通入由感應電源產(chǎn)生的特定頻率的交變電流，線圈中產(chǎn)生磁通量，該磁通量頻率與交變電流頻率相一致。導體沿徑向方向會產(chǎn)生感應電動勢及感應電流，感應電流頻率與交變電流頻率相同。由焦耳定律可知，導體將電流產(chǎn)生的電磁能轉(zhuǎn)化為熱量，使導體溫度升高。

電磁感應加熱原理

②熱傳導及對流換熱

由于集膚效應，導體中感應渦流集中于外壁面，因此產(chǎn)生的熱量也集中于外壁面，熱量由外壁面沿外徑向內(nèi)傳導；流體流經(jīng)導體，被加熱后溫度升高，屬于對流換熱過程。

由楞次定律，感應電流在鋼水中形成閉合回路，回路方向與線圈產(chǎn)生的勵磁電流方向相反，并在鋼水中產(chǎn)生熱量。由于電磁感應產(chǎn)生的熱量直接作用于鋼水，因此鋼水可以得到充分加熱，熱量損失少，能量利用率可達95%，這也是感應加熱流體中效率較高的一種形式。