本發(fā)明屬于電磁加熱蒸汽設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電磁加熱蒸汽鍋爐系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的鍋爐通常是以燃煤、燃油、燃?xì)夂碗娔転槟茉催M(jìn)行加熱的，燃煤、燃油和燃?xì)舛际欠强稍偕Y源，且加熱效率低，而且燃燒過程中產(chǎn)生大量的污染物會污染環(huán)境。

電加熱作為熱源，通常采用電阻加熱的方式，由于采用電阻絲發(fā)熱，一般電熱管外部使用金屬管作為保護(hù)層，中間填充絕緣層防止觸電；工作時其內(nèi)部電阻絲的加熱溫度高達(dá)800-1500℃，而最終向外加熱的外層保護(hù)層的溫度只有200-500℃，熱滯后較大，不易精確控溫；電阻絲容易因高溫老化而燒斷，絕緣層材質(zhì)會結(jié)晶粉化而失去絕緣作用，常用電熱絲使用平均壽命約半年，即使不損壞，其電熱效率也會大大降低，且觸電風(fēng)險大大增加；由于電熱管的加熱效率低，蒸發(fā)設(shè)備多采用儲容式結(jié)構(gòu)，同時高溫電熱管的加熱面較小且表面液體不流動，蒸發(fā)時易結(jié)垢且結(jié)垢后不易去除。此種方式耗電量大、加熱速度慢、熱轉(zhuǎn)換效率低、壽命短維修工作量大、觸電隱患大。

目前市場上也出現(xiàn)了以電磁加熱為熱源的蒸汽發(fā)生器及類似裝置，但都是以傳統(tǒng)的電阻絲管加熱所用的儲容式結(jié)構(gòu)，除了電磁加熱的阻結(jié)垢特性外，沒有充分考慮節(jié)能、汽水分離(蒸汽干燥)、系統(tǒng)清洗方面的設(shè)計，因此其壽命和使用效率隨著結(jié)垢的形成降低，使用成本和維護(hù)成本也隨之增高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種電磁加熱蒸汽鍋爐系統(tǒng)及其控制方法，集成使用高效管道電磁加熱技術(shù)、高效換熱技術(shù)(霧化、對流等)、微晶體面蒸發(fā)技術(shù)、汽水分離干燥技術(shù)，制造出安全、高效、穩(wěn)定、簡便的清潔供熱系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種電磁加熱蒸汽鍋爐系統(tǒng)，包括蒸汽發(fā)生器；所述的蒸汽發(fā)生器的本體為豎直設(shè)置的罐狀結(jié)構(gòu)，蒸汽發(fā)生器頂端與出氣管連接、底端與進(jìn)水管連接，所述進(jìn)水管軸向延伸至蒸汽發(fā)生器內(nèi)2/3處，其頂端設(shè)置有霧化噴嘴；所述的蒸汽發(fā)生器自上而下依次分為過熱部分、蒸發(fā)部分和預(yù)熱部分，每部分的外壁上分別纏繞有電磁線圈。

所述的進(jìn)水管位于蒸汽發(fā)生器外的一端，自端點開始依次設(shè)置有進(jìn)水口、過濾閥、增壓補水泵、第二單向閥、液位管和第一單向閥；所述出氣管一端與蒸汽發(fā)生器頂端連接，另一端自端點開始依次設(shè)置有出汽口、供熱控制閥和汽水分離器，所述汽水分離器底部通過液位管與進(jìn)水管連接。

在所述的蒸汽發(fā)生器底部設(shè)置漏斗形的開口，此開口下連接有集垢箱，集垢箱底部設(shè)置有排污閥。

在所述的蒸汽發(fā)生器的內(nèi)壁上腐蝕有微晶體面，腐蝕深度為0.05-0.3毫米，腐蝕面積占蒸汽發(fā)生器總高度的1/2-2/3，覆蓋整個蒸發(fā)部分。

所述的過熱部分、蒸發(fā)部分和預(yù)熱部分的高度分別為蒸汽發(fā)生器總高度的2/6、1/6和3/6。

在所述的蒸汽發(fā)生器上分別設(shè)置有監(jiān)測所述過熱部分、蒸發(fā)部分和預(yù)熱部分的溫度傳感器：過熱部分溫傳感器、蒸發(fā)部分溫傳感器、預(yù)熱部分溫傳感器。

所述的第一單向閥上連接有加藥口；所述的汽水分離器頂部設(shè)置蒸汽溫度傳感器、可調(diào)泄壓閥和蒸汽壓力傳感器；所述的液位管上自上至下設(shè)置有第一液位傳感器和第二液位傳感器；所述的過熱部分上部設(shè)置過熱部分溫度傳感器，過熱部分與蒸發(fā)部分之間的外壁上設(shè)置有蒸發(fā)部分溫度傳感器，預(yù)熱部分的中間位置的外壁上設(shè)置有預(yù)熱水溫傳感器。

所述的蒸汽發(fā)生器、進(jìn)水管、液位管和出氣管均采用碳鋼或不銹鋼制成。

所述的供熱控制閥、蒸汽溫度傳感器、可調(diào)泄壓閥、蒸汽壓力傳感器、過熱部分溫度傳感器、蒸發(fā)部分溫度傳感器、預(yù)熱部分溫度傳感器、電磁線圈、增壓補水泵、第一液位傳感器和第二液位傳感器通過導(dǎo)線與所述的控制系統(tǒng)電連接。

所述的進(jìn)水管內(nèi)的進(jìn)水壓力為0.1-0.3mpa；所述的可調(diào)泄壓閥的起跳壓力值為0.3-0.8mpa。

所述的電磁線圈與蒸汽發(fā)生器之間設(shè)置有保溫層，保溫層材質(zhì)為耐高溫絕緣保溫棉。

所述的蒸汽發(fā)生器高度為1.5-2.5m，直徑為150-250mm。

所述的電磁加熱蒸汽鍋爐系統(tǒng)的控制方法，分為供熱模式和清洗模式兩種控制方法；

(1)供熱模式控制方法：

控制電源開啟，蒸汽發(fā)生器上各部分的溫度傳感器采集溫度后，確定控制系統(tǒng)是否需要加熱。工作時，設(shè)定進(jìn)水量為0.1-5kg/min，進(jìn)水壓力為0.1-0.3mpa；進(jìn)入系統(tǒng)的常溫水經(jīng)預(yù)熱部分的進(jìn)水管預(yù)熱后到達(dá)頂端的霧化噴嘴呈水霧狀噴出，霧化后的水可充分吸收熱能，一部分直接汽化，一部分流經(jīng)蒸發(fā)部分管壁下降，可將蒸發(fā)產(chǎn)生的污垢帶到未蒸發(fā)的水中，進(jìn)而沉淀到底部的集垢槽中；中下部預(yù)熱部分的水則始終加熱并保持在臨近沸騰的狀態(tài)；蒸發(fā)部分的管壁內(nèi)微晶體面具有不規(guī)則晶體形狀，擴(kuò)大換熱面積且有利于水的汽化蒸發(fā)，水在管壁的高溫加熱條件下蒸發(fā)形成飽和水蒸汽，通過過熱部分的溫度提升后進(jìn)入汽水分離器，經(jīng)過其螺旋分離作用將蒸汽干燥后經(jīng)過控制閥輸出用于供熱，而將分離后的高溫水通過液位管回收到進(jìn)水管中。

當(dāng)液位低于第二液位傳感器設(shè)定的液位時，控制系統(tǒng)啟動增壓補水泵開始進(jìn)水，液位到達(dá)第二液位傳感器設(shè)定的液位時控制系統(tǒng)停止進(jìn)水；

預(yù)熱部分水溫控制在95-99℃，當(dāng)預(yù)熱部分溫傳感器監(jiān)測到預(yù)熱部分水溫低于或超出此范圍時，控制系統(tǒng)控制預(yù)熱部分的電磁線圈通電開始加熱或斷電停止加熱；

蒸發(fā)部分溫度控制在100-150℃，當(dāng)蒸發(fā)部分溫傳感器監(jiān)測到蒸發(fā)部分室溫低于或超出此范圍時，控制系統(tǒng)控制蒸發(fā)部分的電磁線圈通電開始加熱或斷電停止加熱；

過熱部分溫度控制在150-200℃，當(dāng)過熱部分溫度傳感器監(jiān)測到蒸汽溫度低于或超出此范圍時，控制系統(tǒng)控制過熱部分的電磁線圈通電開始加熱或斷電停止加熱。

(2)清洗模式控制方法：

清洗時，先將2-5l除垢劑加入進(jìn)水管，系統(tǒng)控制所有電磁線圈將蒸汽發(fā)生器在空罐狀態(tài)下加熱至180-200℃，設(shè)定進(jìn)水量為30-50l/min，進(jìn)水壓力為0.5-0.8mpa開始進(jìn)水，并由霧化噴嘴噴出到蒸汽發(fā)生器的內(nèi)壁上，由于熱脹冷縮原理，污垢從蒸汽發(fā)生器內(nèi)壁上剝離，隨后被排出。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的電磁加熱蒸汽鍋爐系統(tǒng)使用電磁加熱，無燃燒型高溫火焰、液電分離無爆裂隱患、綠色環(huán)保；

(2)本發(fā)明采用微晶體面蒸發(fā)、小流量大功率加熱、對流和大面積換熱、霧化噴淋和長距離預(yù)熱等技術(shù)實現(xiàn)高效傳熱；

(3)本發(fā)明在蒸發(fā)階段利用豎管結(jié)構(gòu)和噴淋沖刷減少了使用過程中污垢的產(chǎn)生，維護(hù)清洗階段空罐加熱、噴淋冷水，利用熱脹冷縮原理沖刷附著在蒸汽發(fā)生器內(nèi)壁上的污垢，簡單有效，節(jié)約成本；

(4)本發(fā)明溫度在100-150℃范圍內(nèi)精確可控，適用于各種需要蒸汽供熱的場合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電磁加熱蒸汽鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1、出汽口；2、供熱控制閥；3、汽水分離器；3a、蒸汽溫度傳感器；3b、可調(diào)泄壓閥；3c、蒸汽壓力表；4、蒸汽發(fā)生器；4a、過熱部分溫度傳感器；4b、蒸發(fā)部分溫度傳感器；4c、預(yù)熱部分溫度傳感器；4d、電磁線圈；5、進(jìn)水管；6、霧化噴嘴；7、排污閥；8、集垢箱；9、快速扣；10、加藥口；11、第一單向閥；12、第二單向閥；13、增壓補水泵；14、過濾閥；15、進(jìn)水口；16、液位管；16a、第一液位傳感器；16b、第二液位傳感器；17、出氣管。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體的實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參見圖1所示的本發(fā)明一種電磁加熱蒸汽鍋爐系統(tǒng)及其控制方法的一個具體實施例，可以看出，本發(fā)明主要由控制系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器、汽水分離器3以及集垢箱8四部分組成；

所述的蒸汽發(fā)生器本體為蒸汽發(fā)生器4，蒸汽發(fā)生器4頂端與汽水分離器3連接、底端與進(jìn)水管5連接，該進(jìn)水管5包括水平部和豎直部，豎直部軸向設(shè)置在蒸汽發(fā)生器4內(nèi)、高度為蒸汽發(fā)生器4的3/4，豎直部頂端設(shè)置有霧化噴嘴6，水平部設(shè)置在蒸汽發(fā)生器4外，進(jìn)水管5的水平部上自左至右依次設(shè)置有進(jìn)水口15、過濾閥14、增壓補水泵13、第二單向閥12、液位管16和第一單向閥11，第一單向閥11與加藥口10連接；上述出氣管17右端與蒸汽發(fā)生器4頂端連接，出氣管17上自左至右依次設(shè)置有出汽口1、供熱供氣閥2和汽水分離器3，汽水分離器3頂部設(shè)置有蒸汽溫度傳感器3a、可調(diào)泄壓閥3b和蒸汽壓力表3c，汽水分離器3底部通過液位管16與進(jìn)水管5的水平部連接，液位管16上自上至下設(shè)置有第一液位傳感器16a和第二液位傳感器16b；

所述的蒸汽發(fā)生器4為碳鋼或不銹鋼制成的管狀結(jié)構(gòu)，外壁上纏繞有電磁線圈4d，蒸汽發(fā)生器4自上而下依次為過熱部分、蒸發(fā)部分和預(yù)熱部分，各部分高度分別為蒸汽發(fā)生器4總高度的2/6、1/6和3/6，在過熱部分上部設(shè)置有過熱部分溫度傳感器4a，過熱部分與蒸發(fā)部分之間的外壁上設(shè)置有蒸發(fā)部分溫度傳感器4b，在預(yù)熱部分的中間位置的外壁上設(shè)置有預(yù)熱部分溫度傳感器4c，在蒸汽發(fā)生器4底部設(shè)置有漏斗形開口，此開口上設(shè)置有快速扣9并連接有集垢箱8，集垢箱8底部設(shè)置有排污閥7。

所述的增壓補水泵13能夠?qū)崿F(xiàn)向蒸汽發(fā)生器高壓定量供水。

通過使用電磁加熱，無燃燒型高溫火焰、液電分離無爆裂隱患、綠色環(huán)保；通過進(jìn)水端定量供給液態(tài)水、進(jìn)水管5長距離預(yù)熱、霧化噴嘴6將水霧化噴淋和蒸汽發(fā)生器4內(nèi)壁大面積換熱實現(xiàn)高效傳熱；霧化后的水可充分吸收熱能，一部分直接汽化，一部分落下時可沖刷管壁，沖刷下來的污垢可在水中自動沉淀到底部的集垢箱8，有利于系統(tǒng)的自動凈化；采用多段電磁線圈分別控制加熱，可精確定向使用電能加熱，且溫度可控，能源利用充分，節(jié)能效果好；輸出蒸汽溫度100-150℃，適用于各種蒸汽供熱場合。

在所述的蒸汽發(fā)生器4的內(nèi)壁上定向腐蝕成不規(guī)則的微晶體面，腐蝕深度為0.05-0.3毫米，腐蝕面積占蒸汽發(fā)生器4總高度的1/2且覆蓋整個蒸發(fā)部分。

本發(fā)明在蒸汽發(fā)生器4的內(nèi)壁上腐蝕有微晶體面，通過一個個不規(guī)則的微晶體表面，增大了傳熱面積，且有利于蒸發(fā)汽化形成蒸汽，實現(xiàn)高效傳熱。

所述的汽水分離器3為螺旋式汽水分離器，飽和水汽通過過熱部分升溫后沿出氣管17進(jìn)入螺旋式汽水分離器3，汽水分離器3將水汽中的蒸汽與水充分分離，蒸汽從出汽口輸出用于向外供熱，水經(jīng)過汽水分離器3底部設(shè)置的液位管16重新進(jìn)入進(jìn)水管5。

所述的進(jìn)水管5內(nèi)的進(jìn)水壓力大于0.1mpa(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，可調(diào)泄壓閥3b的起跳壓力值為0.5-0.8mpa。

所述的蒸汽輸出控制閥2、蒸汽溫度傳感器3a、可調(diào)泄壓閥3b、蒸汽壓力表3c、過熱部分溫度傳感器4a、蒸發(fā)部分溫度傳感器4b、預(yù)熱部分溫度傳感器4c、電磁線圈4d、增壓補水泵13、第一液位傳感器16a和第二液位傳感器16b分別通過導(dǎo)線與所述的控制系統(tǒng)電連接，實現(xiàn)溫度和液位的精確測控。

所述的電磁線圈4d與蒸汽發(fā)生器4之間設(shè)置有保溫層(圖中未標(biāo)號)，保溫層由硅酸鋁保溫纖維制成，該保溫層對蒸汽發(fā)生器4起到了良好的隔熱保溫作用的同時又不會影響電磁線圈4d對蒸汽發(fā)生器4的加熱。

將除垢劑從所述的加藥口10加入進(jìn)水管5中，配合上述霧化噴淋過程達(dá)到徹底清除蒸汽發(fā)生器4內(nèi)污垢的目的。

所述的蒸汽發(fā)生器4高度為2m，直徑為219mm，體積小巧，占地面積小。

本發(fā)明的電磁加熱蒸汽鍋爐系統(tǒng)有兩種控制方法：供熱模式控制方法和清洗模式控制方法，下面結(jié)合附圖分別對兩種控制方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。

1.供熱模式控制方法：

工作時，控制電源開啟，由蒸汽發(fā)生器上各部分的溫度傳感器采集溫度后，確定控制系統(tǒng)是否需要加熱，或者需要分別啟動各部分的電磁線圈4d加熱蒸汽發(fā)生器4；設(shè)定進(jìn)水量為0.5kg/min，進(jìn)水壓力為0.1mpa；進(jìn)水口15進(jìn)入系統(tǒng)的常溫水經(jīng)過濾閥14過濾掉水中的雜質(zhì)，從進(jìn)水管5的水平部流入豎直部，經(jīng)預(yù)熱部分的進(jìn)水管5預(yù)熱后到達(dá)頂端的霧化噴嘴6呈水霧狀噴出，霧化后的水可充分吸收熱能，一部分直接汽化，一部分流經(jīng)蒸發(fā)部分管壁下降，可將蒸發(fā)產(chǎn)生的污垢帶到未蒸發(fā)的水中，進(jìn)而沉淀到底部的集垢槽中；中下部預(yù)熱部分的水則始終加熱并保持在臨近沸騰的狀態(tài)；蒸發(fā)部分的管壁內(nèi)表面具有不規(guī)則晶體形狀，擴(kuò)大換熱面積且有利于水的汽化蒸發(fā)，水在管壁的高溫加熱條件下蒸發(fā)形成飽和水蒸汽，通過過熱部分的溫度提升后經(jīng)出氣管17進(jìn)入螺旋式汽水分離器3，經(jīng)過其螺旋分離作用將蒸汽干燥(汽與水分離)后蒸汽經(jīng)過控制閥輸出用于供熱，而將分離后的高溫水通過汽水分離器3底部設(shè)置的液位管回收到進(jìn)水管5中。

當(dāng)液位管16中的液位到達(dá)第二液位傳感器16b處時控制系統(tǒng)控制增壓補水泵13開始進(jìn)水；當(dāng)液位管16中的液位到達(dá)第一液位傳感器16a處時控制系統(tǒng)控制增壓補水泵13停止進(jìn)水；當(dāng)過熱部分溫度傳感器4a感應(yīng)到溫度高于180℃時控制系統(tǒng)控制過熱部分的電磁線圈斷電停止加熱，當(dāng)蒸發(fā)部分溫度傳感器4b感應(yīng)到溫度高于150℃時控制系統(tǒng)控制蒸發(fā)部分的電磁線圈斷電停止加熱，當(dāng)預(yù)熱部分溫度傳感器4c感應(yīng)到溫度低于99℃時控制系統(tǒng)控制預(yù)熱部分的電磁線圈通電繼續(xù)加熱；調(diào)節(jié)蒸汽壓力表3c的壓力值高于0.3mpa時，可調(diào)泄壓閥3b自動泄壓并停止所有加熱，直至蒸汽壓力表3c的壓力值為0.27mpa時停止泄壓。輸出蒸汽的溫度維持在130℃左右運行。

2.清洗模式控制方法：

由于電磁加熱蒸汽鍋爐系統(tǒng)長時間的工作，導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器4內(nèi)沉積有污垢，此時可以開啟清洗模式對蒸汽發(fā)生器4內(nèi)實施清洗。清洗時，先將2l除垢劑從加藥口10加入進(jìn)水管5，打開排污閥7，控制系統(tǒng)控制電磁線圈將蒸汽發(fā)生器4空罐加熱至200℃，設(shè)定進(jìn)水量為40l/min，進(jìn)水壓力為0.8mpa開始從進(jìn)水口15進(jìn)水，水流快速通過進(jìn)水管5由霧化噴嘴6噴出，噴出的冷水霧附著在蒸汽發(fā)生器4的內(nèi)壁上，此時蒸汽發(fā)生器4內(nèi)溫度為200℃，由于熱脹冷縮原理，水霧將蒸汽發(fā)生器4內(nèi)壁上的污垢沖下，落入集垢箱8內(nèi)，打開排污閥7，將集垢箱8內(nèi)的污垢排除。

平時每周在停機斷電狀態(tài)清理一次集垢箱8：只需要打開排污閥7，將集垢箱8內(nèi)的污垢排出后再關(guān)閉排污閥7。

由于工作時的電磁加熱阻垢特性、噴淋沖刷作用和冷熱水的對流作用，污垢會隨著冷水的下降自動沉積到底部，并進(jìn)入集垢箱，因此需要定期打開排污閥排出集垢箱中的污垢。在停機斷電狀態(tài)打開排污閥7，將集垢箱8內(nèi)的污垢排出后再關(guān)閉排污閥7即完成，操作簡便快捷。

以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。