新型電磁加熱解凍裝置的研制

李麗絨

(西山煤電(集團)有限責任公司技術中心，山西 太原 030053)

·試驗研究·

新型電磁加熱解凍裝置的研制

李麗絨

(西山煤電(集團)有限責任公司技術中心，山西 太原 030053)

針對冬季鐵路煤炭運輸，卸載煤炭后車底仍殘留厚厚的一層煤水凍結混合物，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，論證采用低頻感應電磁加熱技術研制解凍裝置對車底進行加熱，使車底煤水凍結混合物軟化，可以達到在規定時間內將其清理干凈的目的，并且極大地減輕了工人的勞動強度，降低了煤炭運輸環節的成本，具有極大的推廣應用價值。

電磁加熱技術;裝置;解凍;清理

1 問題的提出

煤炭的主要運輸途徑為鐵路運輸。近年來，鐵路貨運部門對火車車皮的管理相當嚴格，煤炭裝車前必須將凍車底清理干凈后，方可裝車，且裝車時間必須在90分鐘內完成，否則需向鐵路方面交納延時使用費用，既耽誤煤炭產品運輸，又增加產品成本。常溫下，清理工作都能在規定時間內完成，保證裝運工作的順利進行。但是，在嚴寒的冬季，用車皮裝運含水的散裝料，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，西山煤電集團某選煤廠現有2股道裝車，每股道可容納13節車皮，清理凍車底為人工清理，為了按時清理完凍車底且保證裝運工作順利進行，需要大量人工且耗時較長，勞動強度較大，還可能出現煤質事故，這不僅浪費大量的時間，而且還要消耗大量的資源。公司曾經采用較為普遍的電熱圈發熱，通過傳導的方式把熱量傳到殘留物上，而這樣只有內側的熱量傳導到殘留物上，外側的熱量大部分失散到空氣中，存在熱傳導損失，另外電阻絲加熱還有一個缺點就是功率密度低，安全性能差。因此，研制新型電磁加熱解凍裝置進行凍車車底清理，具有很大的實用價值和推廣意義。

2 電磁加熱裝置的設計

2.1 電磁加熱的加熱方式

電磁加熱技術英文縮寫為:IH，即Induction Heating，同時也稱誘導加熱技術，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體，加熱效率可達90%以上，大大高于傳統的加熱方式。利用高頻電壓或電流來加熱通常有兩種方法:

1)電介質加熱

利用高頻電壓加熱，加熱原理如圖1所示。

圖1 電介質加熱示意圖

當高頻電壓加在兩極板層上，就會在兩極之間產生交變的電場。需要加熱的介質處于交變的電場中，介質中的極分子或者離子就會隨著電場做同頻的旋轉或振動，從而產生熱量，達到加熱效果。

2)感應加熱

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

圖2 感應加熱示意圖

2.2 電磁感應加熱的頻率區分

1)低頻感應加熱。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)超音頻感應加熱。頻率范圍:一般20 kHz至40kHz左右(因為音頻頻率為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 電磁加熱裝置設計

根據凍車車底的實際情況和電磁感應加熱頻率的功效，選擇高頻電壓低頻感應加熱來研制清理裝置。為了方便工人的攜帶和使用，電磁加熱裝置設計成: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

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，再經過控制電路將直流電壓轉換成頻率為20～40 KHz的高頻電壓，高速變化的電流流過線圈會產生高速變化的磁場，當磁場內的磁力線通過導磁又導電材料底部金屬體內，產生無數的小渦流，使材料本身自行高速發熱，然后再加熱器皿內的東西。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

電磁加熱裝置與傳統電阻加熱設備相比具有以下特點:

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生熱量，壽命長，無需檢修，無維護更換成本;加熱部分采用環形電纜結構，電纜本身不會產生熱量，并可承受500℃以上高溫，使用壽命高達10年。不需維護，后期基本無維護費用。

2)安全可靠。導磁導電材料經高頻電磁作用發熱，熱量利用充分，基本無散失。熱量聚集于加熱體內部，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，安全可靠。

3)高效節能。采用內熱加熱方式，加熱體內部分子直接感應磁能而生熱，熱啟動非常快，平均預熱時間比電阻圈加熱方式縮短60%以上，同時熱效率高達90%以上，在同等條件下，比電阻圈加熱節電30～70%，大大提高了生產效率。

4)準確控溫。線圈本身不發熱，熱阻滯小、熱慣性低，料筒內外壁溫度一致，溫度控制實時準確，明顯改善產品質量，生產效率高。

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 電磁加熱裝置的應用效果

該廠在使用新型電磁加熱裝置后，在3～5 min內就能使車底煤水凍結混合物軟化，極大地提高了凍車車底的清理速度，達到在規定時間內將其清理干凈的目的，減輕了工人的勞動強度，降低了煤炭運輸環節的成本，經濟效益顯著，取得了良好的應用效果。

5 結論

針對冬季鐵路煤炭運輸，卸載煤炭后車底仍殘留厚厚的一層煤水凍結混合物，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，采用高頻電磁低頻感應電磁加熱技術開發研制了對車底進行加熱的裝置，使車底煤水凍結混合物軟化，可以達到在規定時間內將其清理干凈的目的，并且極大地減輕了工人的勞動強度，降低了煤炭運輸環節的成本，具有極大的推廣應用價值。

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年畢業于太原科技大學，工程師，主要從事機械制造及工藝設備的研發工作(E －mail)llr6217754@163.com