李麗絨

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司技術(shù)中心，山西 太原 030053)

·試驗(yàn)研究·

新型電磁加熱解凍裝置的研制

李麗絨

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司技術(shù)中心，山西 太原 030053)

針對冬季鐵路煤炭運(yùn)輸，卸載煤炭后車底仍殘留厚厚的一層煤水凍結(jié)混合物，車底難以清理的難題，通過深入研究電磁加熱的原理及其特點(diǎn)，論證采用低頻感應(yīng)電磁加熱技術(shù)研制解凍裝置對車底進(jìn)行加熱，使車底煤水凍結(jié)混合物軟化，可以達(dá)到在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將其清理干凈的目的，并且極大地減輕了工人的勞動強(qiáng)度，降低了煤炭運(yùn)輸環(huán)節(jié)的成本，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

電磁加熱技術(shù);裝置;解凍;清理

1 問題的提出

煤炭的主要運(yùn)輸途徑為鐵路運(yùn)輸。近年來，鐵路貨運(yùn)部門對火車車皮的管理相當(dāng)嚴(yán)格，煤炭裝車前必須將凍車底清理干凈后，方可裝車，且裝車時(shí)間必須在90分鐘內(nèi)完成，否則需向鐵路方面交納延時(shí)使用費(fèi)用，既耽誤煤炭產(chǎn)品運(yùn)輸，又增加產(chǎn)品成本。常溫下，清理工作都能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，保證裝運(yùn)工作的順利進(jìn)行。但是，在嚴(yán)寒的冬季，用車皮裝運(yùn)含水的散裝料，如開采出的原煤、洗選加工后的精煤及鐵礦粉、水沙等，卸載后車底仍殘留厚厚的一層混合物，給清理車底造成了極大的困難。

目前，西山煤電集團(tuán)某選煤廠現(xiàn)有2股道裝車，每股道可容納13節(jié)車皮，清理凍車底為人工清理，為了按時(shí)清理完凍車底且保證裝運(yùn)工作順利進(jìn)行，需要大量人工且耗時(shí)較長，勞動強(qiáng)度較大，還可能出現(xiàn)煤質(zhì)事故，這不僅浪費(fèi)大量的時(shí)間，而且還要消耗大量的資源。公司曾經(jīng)采用較為普遍的電熱圈發(fā)熱，通過傳導(dǎo)的方式把熱量傳到殘留物上，而這樣只有內(nèi)側(cè)的熱量傳導(dǎo)到殘留物上，外側(cè)的熱量大部分失散到空氣中，存在熱傳導(dǎo)損失，另外電阻絲加熱還有一個(gè)缺點(diǎn)就是功率密度低，安全性能差。因此，研制新型電磁加熱解凍裝置進(jìn)行凍車車底清理，具有很大的實(shí)用價(jià)值和推廣意義。

2 電磁加熱裝置的設(shè)計(jì)

2.1 電磁加熱的加熱方式

電磁加熱技術(shù)英文縮寫為:IH，即Induction Heating，同時(shí)也稱誘導(dǎo)加熱技術(shù)，是一種新興的電能利用方式，其加熱過程是通過電磁場直接作用于被加熱導(dǎo)體，加熱效率可達(dá)90%以上，大大高于傳統(tǒng)的加熱方式。利用高頻電壓或電流來加熱通常有兩種方法:

1)電介質(zhì)加熱

利用高頻電壓加熱，加熱原理如圖1所示。

圖1 電介質(zhì)加熱示意圖

當(dāng)高頻電壓加在兩極板層上，就會在兩極之間產(chǎn)生交變的電場。需要加熱的介質(zhì)處于交變的電場中，介質(zhì)中的極分子或者離子就會隨著電場做同頻的旋轉(zhuǎn)或振動，從而產(chǎn)生熱量，達(dá)到加熱效果。

2)感應(yīng)加熱

利用高頻電流感應(yīng)加熱。感應(yīng)加熱原理為產(chǎn)生交變的電流，從而產(chǎn)生交變的磁場，再利用交變磁場來產(chǎn)生渦流達(dá)到加熱的效果，如圖2。

圖2 感應(yīng)加熱示意圖

2.2 電磁感應(yīng)加熱的頻率區(qū)分

1)低頻感應(yīng)加熱。頻率范圍:工頻(50 Hz)至1 kHz左右，常用的頻率多為工頻。相對加熱深度最深，加熱厚度最大，約10～20 mm。

2)中頻感應(yīng)加熱。頻率范圍:一般1 kHz至20 kHz左右，典型值是8kHz左右。加熱深度、厚度約3～10 mm。

3)超音頻感應(yīng)加熱。頻率范圍:一般20 kHz至40kHz左右(因?yàn)橐纛l頻率為20 Hz至20 kHz，所以稱它為超音頻)。加熱深度、厚度，約2～3 mm。

4)高頻感應(yīng)加熱。頻率范圍:一般40 kHz至200 kHz左右，常用40 kHz至80 kHz。加熱深度、厚度，約1～2 mm。

2.3 電磁加熱裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)凍車車底的實(shí)際情況和電磁感應(yīng)加熱頻率的功效，選擇高頻電壓低頻感應(yīng)加熱來研制清理裝置。為了方便工人的攜帶和使用，電磁加熱裝置設(shè)計(jì)成:長×寬×高=90 cm×60 cm×15 cm的長方體形狀，外面是絕緣隔熱裝置，板面上是電阻率適中的耐高溫材料，背面增加一個(gè)把手。電磁加熱裝置簡易圖見圖3所示。

圖3 電磁加熱裝置示意圖

3 電磁加熱裝置的工作原理及特點(diǎn)

3.1 電磁加熱裝置的工作原理

電磁加熱裝置的工作原理是通過由整流電路將50/60 Hz的交流電壓變成直流電壓，再經(jīng)過控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為20～40 KHz的高頻電壓，高速變化的電流流過線圈會產(chǎn)生高速變化的磁場，當(dāng)磁場內(nèi)的磁力線通過導(dǎo)磁又導(dǎo)電材料底部金屬體內(nèi)，產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使材料本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱器皿內(nèi)的東西。電磁加熱裝置工作原理圖見圖4。

3.2 電磁加熱裝置的特點(diǎn)

電磁加熱裝置與傳統(tǒng)電阻加熱設(shè)備相比具有以下特點(diǎn):

圖4 電磁加熱裝置工作原理圖

1)壽命長。電磁加熱因線圈本身基本不會產(chǎn)生熱量，壽命長，無需檢修，無維護(hù)更換成本;加熱部分采用環(huán)形電纜結(jié)構(gòu)，電纜本身不會產(chǎn)生熱量，并可承受500℃以上高溫，使用壽命高達(dá)10年。不需維護(hù)，后期基本無維護(hù)費(fèi)用。

2)安全可靠。導(dǎo)磁導(dǎo)電材料經(jīng)高頻電磁作用發(fā)熱，熱量利用充分，基本無散失。熱量聚集于加熱體內(nèi)部，電磁線圈表面溫度略高于室溫，可以安全觸摸，無需高溫防護(hù)，安全可靠。

3)高效節(jié)能。采用內(nèi)熱加熱方式，加熱體內(nèi)部分子直接感應(yīng)磁能而生熱，熱啟動非?？欤骄A(yù)熱時(shí)間比電阻圈加熱方式縮短60%以上，同時(shí)熱效率高達(dá)90%以上，在同等條件下，比電阻圈加熱節(jié)電30～70%，大大提高了生產(chǎn)效率。

4)準(zhǔn)確控溫。線圈本身不發(fā)熱，熱阻滯小、熱慣性低，料筒內(nèi)外壁溫度一致，溫度控制實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，明顯改善產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)效率高。

5)絕緣性好。電磁線圈為定制專用耐高溫高壓特種電纜線繞制，絕緣性能好，無需與導(dǎo)熱材料直接接觸，絕無漏電，短路故障，安全無憂。

4 電磁加熱裝置的應(yīng)用效果

該廠在使用新型電磁加熱裝置后，在3～5 min內(nèi)就能使車底煤水凍結(jié)混合物軟化，極大地提高了凍車車底的清理速度，達(dá)到在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將其清理干凈的目的，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，降低了煤炭運(yùn)輸環(huán)節(jié)的成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，取得了良好的應(yīng)用效果。

5 結(jié)論

針對冬季鐵路煤炭運(yùn)輸，卸載煤炭后車底仍殘留厚厚的一層煤水凍結(jié)混合物，車底難以清理的難題，通過深入研究電磁加熱的原理及其特點(diǎn)，采用高頻電磁低頻感應(yīng)電磁加熱技術(shù)開發(fā)研制了對車底進(jìn)行加熱的裝置，使車底煤水凍結(jié)混合物軟化，可以達(dá)到在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將其清理干凈的目的，并且極大地減輕了工人的勞動強(qiáng)度，降低了煤炭運(yùn)輸環(huán)節(jié)的成本，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

The New Type of Thaw Device of Electromagnetic Heating Technology

Li Li－rong

In connection with the problem which in winter railway coal transportation，after unload coal the underneath of railway wagon still remain a thick covering of freezing coal and water mixture，hard to clean up.Through in－depth studying the electromagnetic heating principle and features，demonstrates with low frequency induction electromagnetic heating technology develop thaw device for heating underneath of the railway wagon，the freezing coal and water mixture in the underneath softening，can reach the purpose within the prescribed time clean up，and greatly reduces the labor intensity of the workers，lowers the cost of coal transportation link，has great application value.

Electromagnetic heating technology;Equipment;Thaw;Cleaning up

TD402

A

1672－0652(2012)08－0036－03

2012－06－18

李麗絨(1971—)，女，山西芮城人，2009年畢業(yè)于太原科技大學(xué)，工程師，主要從事機(jī)械制造及工藝設(shè)備的研發(fā)工作(E －mail)llr6217754@163.com