管道流体感应加热器原理及研究与应用现状

管道流体感应加热器原理及研究与应用现状

1   概述

管道流体的感应加热，根据加热流体种类的不同，可以分为两类。一类是铁磁性流体，另一类是无磁或弱磁性流体，如水、油等。前者常见于金属冶炼中的中间包加工过程，后者常见于原油管输、供热供暖等领域。

2   管道加热器组成

管道式电磁加热器由中高频电源、励磁线圈、整流电路、逆变电路、换热器（钢管）、温度流量传感器、单片机等部分组成。电源将市电（工频50 Hz的交流电）转化为频率高于1 kHz的中高频电源；励磁线圈均匀地绕制于换热器外层，换热器为钢管，其外侧包裹保温材料；钢管内侧可设置挡流板，加强流体扰动，有利于管道与流体之间的热量交换；为了检测流体的流量与温度，可在管道外加装流量计、内部设置温度传感器；通过微控制器（单片机）实现对流体温度及流量的控制，进而达到控制并保护电路的目的；IGBT逆变电路通过单片机控制程序系统，使控制电路保持稳定，并在安全范围内运行。

为了增强电磁加热器的安全性及热效率，可以通过增加隔热防护层来强化底脚绝缘，同时为了减小热辐射对隔磁板影响，可对隔磁板采取热辐射防护措施，还可以对隔磁板采取分块布置及加装冷却装置。

3   管道式电磁加热器原理

①电磁感应定律

电磁感应加热原理见图1。在导体（具有导磁性能的不锈钢管，为发热元件）周围绕制多匝线圈，并让线圈通入由感应电源产生的特定频率的交变电流，线圈中产生磁通量，该磁通量频率与交变电流频率相一致。导体沿径向方向会产生感应电动势及感应电流，感应电流频率与交变电流频率相同。由焦耳定律可知，导体将电流产生的电磁能转化为热量，使导体温度升高。

电磁感应加热原理

②热传导及对流换热

由于集肤效应，导体中感应涡流集中于外壁面，因此产生的热量也集中于外壁面，热量由外壁面沿外径向内传导；流体流经导体，被加热后温度升高，属于对流换热过程。

由楞次定律，感应电流在钢水中形成闭合回路，回路方向与线圈产生的励磁电流方向相反，并在钢水中产生热量。由于电磁感应产生的热量直接作用于钢水，因此钢水可以得到充分加热，热量损失少，能量利用率可达95%，这也是感应加热流体中效率较高的一种形式。