申請(qǐng)日2013.09.26
公開(kāi)(公告)日2014.01.08
IPC分類(lèi)號(hào)C02F1/48
摘要
本發(fā)明是一種基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法,其特征是:步驟如下:將一段非導(dǎo)磁材料制成的水管接入換熱器入口;在一段非導(dǎo)磁材料制成的水管上建立具有交變磁場(chǎng)和可調(diào)永磁場(chǎng)相結(jié)合的組合式磁場(chǎng)的磁式水處理管路;設(shè)定工質(zhì)的流速和交變磁場(chǎng)的頻率、功率,可調(diào)永磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度;將工質(zhì)送至具有所述組合式磁場(chǎng)的磁式水處理管段進(jìn)行加磁水處理,同時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)、污垢熱阻等參數(shù),以確定所處理工質(zhì)的最佳永磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度、交變磁場(chǎng)的頻率、功率等參數(shù)。使用時(shí),啟動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集水質(zhì)參數(shù)、溫度、流速等信號(hào),輸入計(jì)算機(jī)計(jì)算得換熱器污垢熱阻,通過(guò)對(duì)比分析得出該流速下最佳磁處理效果所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)參數(shù)。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法,其特征包括:一段非導(dǎo)磁材料制成的水管, 一由交變磁場(chǎng)和可調(diào)永磁場(chǎng)構(gòu)成的組合式磁場(chǎng)裝置,交變磁場(chǎng)的磁場(chǎng)方向與工質(zhì)流動(dòng)方向相垂 直,或交變磁場(chǎng)的磁場(chǎng)方向與工質(zhì)流動(dòng)方向相平行,可調(diào)永磁場(chǎng)與工質(zhì)流動(dòng)方向相垂直,其方 法步驟包括:
1)將一段非導(dǎo)磁材料制成的水管接入換熱器管道入口;
2)將組合式磁場(chǎng)裝置裝設(shè)于一段非導(dǎo)磁材料制成的水管四周或兩側(cè),以建立用于水處理 的組合式磁場(chǎng);
a)在組合式磁場(chǎng)裝置的交變磁場(chǎng)上接入信號(hào)發(fā)生器;
b)將組合式磁場(chǎng)裝置的可調(diào)永磁場(chǎng)體裝設(shè)于一段非導(dǎo)磁材料制成的水管兩側(cè),以建立可 調(diào)永磁場(chǎng);
3)啟動(dòng)水泵,使工質(zhì)以一定的流速依次流經(jīng)組合式磁場(chǎng)裝置的交變磁場(chǎng)和可調(diào)永磁場(chǎng), 之后進(jìn)入換熱器進(jìn)行熱交換,吸收熱量;
4)啟動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),采集水質(zhì)參數(shù)、溫度、流速等信號(hào),計(jì)算污垢熱阻;
5)將步驟4)所采集到的參數(shù)輸入西門(mén)子SIMATIC IPC547C工控機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng), 進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄、保存及處理;
6)改變交變磁場(chǎng)頻率、功率及可調(diào)永磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度,重復(fù)以上步驟1)~5),最后通過(guò) 對(duì)比分析,得出一定流速下最佳水處理效果所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法,其特征是,步驟1)所述一段 非導(dǎo)磁材料制成的水管,其材質(zhì)為非導(dǎo)磁材料,用以增強(qiáng)作用于工質(zhì)的磁場(chǎng)強(qiáng)度,同時(shí)減小電 磁干擾;其管徑應(yīng)與換熱器接入部位管徑相同,以減小節(jié)流損失;其長(zhǎng)度應(yīng)保證組合式磁場(chǎng)裝 置的接入,組合式磁場(chǎng)裝置內(nèi)的相互間磁場(chǎng)的干擾可忽略不計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法,其特征是,步驟2)所述的組 合式磁場(chǎng)由交變磁場(chǎng)和可調(diào)永磁場(chǎng)組成,交變磁場(chǎng)由裝設(shè)于一段非導(dǎo)磁材料制成的水管兩側(cè)的 螺線(xiàn)管線(xiàn)圈構(gòu)成,其磁場(chǎng)方向與工質(zhì)流動(dòng)方向相垂直,或由纏繞在該水管上的螺線(xiàn)管線(xiàn)圈構(gòu)成, 其磁場(chǎng)方向與工質(zhì)流動(dòng)方向相平行;可調(diào)永磁場(chǎng)由兩塊平行的N極、S極相向布置的永久磁體 構(gòu)成;其結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)磁材料制成的連接板、固定永磁體和活動(dòng)永磁體;導(dǎo)磁材料制成的連接板 的上面設(shè)置導(dǎo)磁材料制成的固定磁軛和移動(dòng)磁軛,固定磁軛與導(dǎo)磁材料制成的連接板固連,移 動(dòng)磁軛與導(dǎo)磁材料制成的連接板滑動(dòng)連接,固定永磁體固連在固定磁軛上,活動(dòng)永磁體固連在 移動(dòng)磁軛上,不導(dǎo)磁材料制成的螺釘穿裝在移動(dòng)磁軛上設(shè)置的螺紋孔內(nèi)與其螺紋連接,螺釘?shù)?端頭與固定磁軛接觸。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法,其特征是,步驟2所述的螺線(xiàn)管 線(xiàn)圈,其所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0~0.5T,且平滑可調(diào);其磁場(chǎng)方向與工質(zhì)流動(dòng)方向垂直或平行; 自制的信號(hào)發(fā)生器具有連續(xù)信號(hào)、掃頻信號(hào)、函數(shù)信號(hào)、脈沖信號(hào)等多種輸出信號(hào)并具有多種 調(diào)制方式和外部測(cè)頻功能,其所產(chǎn)生的交變信號(hào)的頻率范圍為0~1M Hz,且平滑可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法,其特征是,步驟2)所述的可 調(diào)永磁場(chǎng),其所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0~1.0T,且平滑可調(diào);永磁體寬度相同且大于一段非導(dǎo)磁 材料制成的水管的直徑,以達(dá)到使整個(gè)水管置于該可調(diào)永磁場(chǎng)的目的;
所述可調(diào)永磁場(chǎng)方向與一段非導(dǎo)磁材料制成的水管內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)方向垂直;通過(guò)調(diào)節(jié)固定 磁軛和移動(dòng)磁軛的距離,可以改變所述永磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利1所述的基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法,其特征是,步驟3)所述的工 質(zhì),其流速范圍為0.1~2.0m/s,且可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié);工質(zhì)進(jìn)入換熱器,是吸熱過(guò)程;換熱器 為管式換熱器。
7.根據(jù)權(quán)利1所述的基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法,其特征是,步驟4)所述的監(jiān) 測(cè)系統(tǒng),
(1)采用DS18B20測(cè)量溫度;其溫度測(cè)點(diǎn)分別置于換熱器入水口、換熱器的出水口、換 熱器的管壁;所測(cè)得溫度參數(shù)包括,換熱器入水口溫度,換熱器出水口溫度及換熱器的壁溫;
(2)為防止污垢的生成影響測(cè)量精度,在此采用采用智能SCL-61D超聲波流量計(jì)測(cè)量工 質(zhì)流速,其測(cè)點(diǎn)布置于換熱器的出水口;
(3)采用SC200多功能水質(zhì)分析儀在線(xiàn)測(cè)量pH值、電導(dǎo)率、溶解氧及濁度;采用CLU-S 型液晶屏顯氯離子含量快速測(cè)定儀測(cè)定氯離子含量;采用IC7685系列離子濃度計(jì)在線(xiàn)測(cè)量鈣 離子濃度;
(4)將所采集到的參數(shù)輸入西門(mén)子SIMATIC IPC547C工控機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng),進(jìn)行數(shù) 據(jù)的記錄、保存及處理,其中將所采集的試驗(yàn)管入水口溫度Tfi、出水口溫度Tfo及試驗(yàn)管長(zhǎng)度l、 直徑d代入如下公式計(jì)算污垢與介質(zhì)間界面溫度:
(1)
式中:St—斯坦頓數(shù);
采用如下公式計(jì)算熱流密度:
式中:cP—為介質(zhì)比熱容,J/(kg·K);
ρ—為介質(zhì)密度,kg/m3;
V—為介質(zhì)平均流速,m/s;
再將公式(1)和公式(2)代入如下公式計(jì)算污垢熱阻:
式中:Twf—為管壁與污垢間的界面實(shí)測(cè)溫度,℃;
(5)西門(mén)子SIMATIC IPC547C工控機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀取、顯示及查 詢(xún)功能,采樣時(shí)間為1s~5min,還具有數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)導(dǎo)出至Excel表功能,以方便用戶(hù)查詢(xún)和進(jìn) 一步數(shù)據(jù)處理。
說(shuō)明書(shū)
基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及高耗能行業(yè)換熱設(shè)備污垢抑垢對(duì)策,尤其涉及磁式水處理方法。是一種 基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法。
背景技術(shù)
現(xiàn)有技術(shù)的各種換熱過(guò)程中,90%以上的換熱設(shè)備都存在污垢問(wèn)題。換熱設(shè)備結(jié)垢, 一方面會(huì)降低傳熱率,增加燃料消費(fèi),另一方面,還常常會(huì)引起局部過(guò)熱或超溫而導(dǎo)致 設(shè)備的機(jī)械性能下降,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)生產(chǎn)事故。電廠(chǎng)換熱設(shè)備結(jié)垢問(wèn)題一直受業(yè)內(nèi)人 士關(guān)注,常用的物理法抑垢中的電磁處理法因其具有應(yīng)用方便、投資小、運(yùn)行費(fèi)用低、 無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)而倍受業(yè)內(nèi)人士青睞。最初的水處理方法多采用永久性磁體,該方法的優(yōu) 點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便,且易于實(shí)現(xiàn),缺點(diǎn)是由于永久性磁體磁場(chǎng)強(qiáng)度恒定,而且隨著長(zhǎng)時(shí)間的 運(yùn)行,磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)逐漸降低,其抑垢效果大打折扣,因此,電磁水處理方法應(yīng)運(yùn)而生, 這種方法是通過(guò)包含或者包圍一段管道或一個(gè)容器的電磁場(chǎng)對(duì)流經(jīng)的或盛放的水進(jìn)行處 理,無(wú)論永久性磁體水處理還是電磁水處理,其最初的設(shè)計(jì)都是靜態(tài)的,且頻率是恒定 的,之后,又出現(xiàn)了變頻電磁水處理方法。由于水中的雜質(zhì)各有不同,其最佳水處理效 果所對(duì)應(yīng)的頻率和磁感應(yīng)強(qiáng)度也是不同的。然而,到目前為止,未見(jiàn)有報(bào)道給出最佳的 電磁水處理效果所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度及其頻率等參數(shù)。再加上電磁場(chǎng)抑垢技術(shù)的作用機(jī)理 尚不明確,抑垢效果尚不穩(wěn)定,這些因素都阻礙了電磁抑垢技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提出一種基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法,該方 法能夠根據(jù)不同水質(zhì)的離子種類(lèi)和含量、污垢熱阻等參數(shù),利用組合式磁場(chǎng)裝置,通過(guò) 改變磁場(chǎng)強(qiáng)度及頻率等相關(guān)參數(shù),找到與水質(zhì)參數(shù)對(duì)應(yīng)的最佳水處理效果所需要的磁場(chǎng) 頻率、磁場(chǎng)強(qiáng)度等參數(shù)。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的方案是:一種基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法,其特征是, 它包含如下步驟:
1)將一段非導(dǎo)磁材料制成的水管接入換熱器管道入口;一段非導(dǎo)磁材料制成的水管, 用以增強(qiáng)作用于工質(zhì)的磁場(chǎng)強(qiáng)度,同時(shí)減小電磁干擾;其管徑與換熱器接入部位管徑相 同,以減小節(jié)流損失;其長(zhǎng)度應(yīng)保證組合式磁場(chǎng)裝置的接入,組合式磁場(chǎng)裝置內(nèi)的相互 間磁場(chǎng)的干擾可忽略不計(jì);
2)將組合式磁場(chǎng)裝置裝設(shè)于一段非導(dǎo)磁材料制成的水管兩側(cè)或四周,以建立用于水 處理的組合式磁場(chǎng);
所述組合式磁場(chǎng)由交變磁場(chǎng)和可調(diào)永磁場(chǎng)組成,交變磁場(chǎng)由裝設(shè)于一段非導(dǎo)磁材料 制成的水管兩側(cè)的螺線(xiàn)管線(xiàn)圈構(gòu)成,其磁場(chǎng)方向與工質(zhì)流動(dòng)方向相垂直,或由纏繞在該 水管上的螺線(xiàn)管線(xiàn)圈構(gòu)成,其磁場(chǎng)方向與工質(zhì)流動(dòng)方向相平行;可調(diào)永磁場(chǎng)由兩塊平行 的N極、S極相向布置的永久磁體構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)磁材料制成的連接板、固定永磁 體和活動(dòng)永磁體;導(dǎo)磁材料制成的連接板的上面設(shè)置導(dǎo)磁材料制成的固定磁軛和移動(dòng)磁 軛,固定磁軛與導(dǎo)磁材料制成的連接板固連,移動(dòng)磁軛與導(dǎo)磁材料制成的連接板滑動(dòng)連 接,固定永磁體固連在固定磁軛上,活動(dòng)永磁體固連在移動(dòng)磁軛上,不導(dǎo)磁材料制成的 螺釘穿裝在移動(dòng)磁軛上設(shè)置的螺紋孔內(nèi)與其螺紋連接,螺釘?shù)亩祟^與固定磁軛接觸;
a)在所述組合式磁場(chǎng)裝置的交變磁場(chǎng)上接入信號(hào)發(fā)生器,通過(guò)交變磁場(chǎng)控制裝置, 設(shè)定初始交變磁場(chǎng)頻率、功率,建立交變磁場(chǎng);所述磁場(chǎng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0~0.5T, 且平滑可調(diào);其磁場(chǎng)方向與工質(zhì)流動(dòng)方向垂直或平行;信號(hào)發(fā)生器具有連續(xù)信號(hào)、掃頻 信號(hào)、函數(shù)信號(hào)、脈沖信號(hào)等多種輸出信號(hào)并具有多種調(diào)制方式和外部測(cè)頻功能,其所 產(chǎn)生的交變信號(hào)的頻率范圍為0~1M Hz,且平滑可調(diào);
b)將所述組合式磁場(chǎng)裝置的可調(diào)永磁場(chǎng)體裝設(shè)于一段非導(dǎo)磁材料制成的水管兩側(cè), 以建立可調(diào)永磁場(chǎng);
所述可調(diào)永磁場(chǎng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0~1.0T,且平滑可調(diào);磁體寬度相同且大于一 段非導(dǎo)磁材料制成的水管的直徑,以達(dá)到使整個(gè)水管完全置于該可調(diào)永磁場(chǎng)的目的。所 述可調(diào)永磁場(chǎng)方向與一段非導(dǎo)磁材料制成的水管內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)方向垂直;通過(guò)調(diào)節(jié)固定 磁軛和移動(dòng)磁軛的距離,可以改變所述可調(diào)永磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度;
3)啟動(dòng)水泵,使工質(zhì)以一定的流速依次流經(jīng)所述組合式磁場(chǎng)裝置的交變磁場(chǎng)和可調(diào) 永磁場(chǎng),之后進(jìn)入換熱器進(jìn)行熱交換,吸收熱量;工質(zhì)流速范圍為0.1~2.0m/s,且可以 實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié);工質(zhì)進(jìn)入換熱器,是吸熱過(guò)程;換熱器為管式換熱器;
4)啟動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),采集水質(zhì)參數(shù)、溫度、流速等信號(hào),計(jì)算污垢熱阻;
該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用DS18B20測(cè)量溫度;其溫度測(cè)點(diǎn)分別置于換熱器入水口、換熱器的 出水口及換熱器的管壁;所測(cè)得溫度參數(shù)包括換熱器入水口溫度、換熱器出水口溫度及 換熱器的壁溫;采用智能SCL-61D超聲波流量計(jì)測(cè)量工質(zhì)流速,其測(cè)點(diǎn)布置于換熱器 的出口;采用SC200多功能水質(zhì)分析儀在線(xiàn)測(cè)量pH值、電導(dǎo)率、溶解氧及濁度;采用 CLU-S型液晶屏顯氯離子含量快速測(cè)定儀測(cè)定氯離子含量;采用IC7685系列離子濃度計(jì) 在線(xiàn)測(cè)量鈣離子濃度。所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采樣時(shí)間為1s~5min,可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求靈活設(shè)定;兼 具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀取、顯示及查詢(xún)功能;此外,系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)導(dǎo)出至Excel表功能,以 方便用戶(hù)查詢(xún)和進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理;
5)將所采集到的參數(shù)輸入西門(mén)子SIMATIC IPC547C工控機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng),進(jìn) 行數(shù)據(jù)的記錄、保存及處理;其中將所采集的換熱器入水口溫度Tfi、出水口溫度Tfo及換 熱器長(zhǎng)度l、直徑d代入如下公式計(jì)算污垢與介質(zhì)間界面溫度Ts:
式中:St—斯坦頓數(shù);
采用如下公式計(jì)算熱流密度q:
式中:cP—為介質(zhì)比熱容,J/(kg·K);
ρ—為介質(zhì)密度,kg/m3;
V—為介質(zhì)平均流速,m/s;
再將公式(1)和公式(2)代入如下公式計(jì)算污垢熱阻:
式中:Twf—為管壁與污垢間的界面實(shí)測(cè)溫度,℃;
6)平滑調(diào)節(jié)所述交變磁場(chǎng)的頻率、功率,以獲得不同頻率下的水質(zhì)參數(shù)及污垢熱阻 數(shù)據(jù);
7)利用螺釘調(diào)節(jié)固定永磁體和活動(dòng)永磁體間的間隙,平滑調(diào)節(jié)該可調(diào)永磁場(chǎng)的磁場(chǎng) 強(qiáng)度,以獲得不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下的水質(zhì)參數(shù)及污垢熱阻數(shù)據(jù);
8)對(duì)上述所有工況所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,評(píng)定出最佳水處理效果所對(duì)應(yīng)的工況, 確定該工況下所對(duì)應(yīng)的工質(zhì)流速、磁場(chǎng)強(qiáng)度、頻率等參數(shù)。
本發(fā)明基于組合式磁場(chǎng)的磁式水處理方法,工質(zhì)依次通過(guò)組合式磁場(chǎng)裝置的螺線(xiàn)管 線(xiàn)圈建立的垂直或平行于工質(zhì)流動(dòng)方向的交變磁場(chǎng)和垂直于工質(zhì)流動(dòng)方向的永磁體建立 的可調(diào)永磁場(chǎng),進(jìn)行磁式水處理,通過(guò)改變交變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和調(diào)整固定永磁體和活動(dòng)永 磁體間的間隙,達(dá)到最佳水處理效果。試驗(yàn)過(guò)程中,在線(xiàn)監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)、溫度、流速、 污垢熱阻等參數(shù),并通過(guò)數(shù)據(jù)采集器輸入計(jì)算機(jī)以對(duì)整個(gè)過(guò)程的水處理效果進(jìn)行記錄、 監(jiān)測(cè)、評(píng)定,以確定最佳水處理效果所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度、頻率等參數(shù)。使用時(shí),選定工 質(zhì),設(shè)定工質(zhì)的流速、組合式磁場(chǎng)裝置的頻率、永磁體的數(shù)量和可調(diào)永磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度, 啟動(dòng)水泵,將工質(zhì)送至裝設(shè)有組合式磁場(chǎng)裝置的一段非導(dǎo)磁材料制成的水管,之后進(jìn)入 管式換熱器進(jìn)行熱交換,吸收熱量;同時(shí),啟動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),采集水質(zhì)參數(shù)、溫度、 流速等信號(hào),將信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)計(jì)算污垢熱阻。調(diào)整變交變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和固定永磁體與 活動(dòng)永磁體間的間隙,重復(fù)以上步驟,最終確定該工況下最佳抑垢效果所對(duì)應(yīng)的可調(diào)永 磁場(chǎng)的強(qiáng)度、交變磁場(chǎng)頻率、功率等參數(shù)。具有針對(duì)性強(qiáng)、水處理參數(shù)確定快捷、效率 高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。