Индукционные котлы-альтернативный способ электронагрева — Как сделать самому?
Несмотря на прогресс в совершенствовании ТЭНовых котлов, у них остается существенный недостаток — конечное значение их надежности, которое полностью преодолеть практически невозможно. Особенно это касается котлов и котельных большой мощности, где количество ТЭНов велико и вероятность отказа выше. Современные инженерные решения базируются на отказе от ТЭНов и переходе на другие способы электрического нагрева.
Одним из наиболее известных альтернативных способов электрического нагрева является индукционный. Индукционный нагрев токами промышленной частоты (50 Гц) и токами высокой частоты (1-20 кГц и выше) давно известен, и некоторые российские фирмы выпускают индукционные котлы так называемого трансформаторного типа, где поверх традиционного Ш-образного сердечника из железа с первичной обмоткой расположена короткозамкнутая вторичная, выполненная из труб, по которым и циркулирует теплоноситель. Главный недостаток таких котлов — большие габариты и огромный вес. Также здесь имеются сложности с плавным регулированием мощности.
Создание индукционного котла, работающего на токах высокой частоты от преобразователя, позволило многократно снизить его габариты и вес. Для получения максимально возможного КПД и сведения магнитных полей вокруг котла к минимуму было решено применить тороидальную обмотку, намотанную на корпус котла, выполненного из двух вваренных одна в другую труб (рис. 1).
В результате получился вытянутый по вертикали «бублик» с двойными стенками, который одновременно является магнитопроводом (сердечником) и нагревательным элементом. Для уменьшения весогабаритных характеристик на обмотку подается напряжение повышенной частоты (1-20 кГц) от специального преобразователя. Протекающий по обмотке переменный ток вызывает нагрев корпуса котла, который охлаждается протекающим между его стенками теплоносителем. Теплоноситель подводится через вваренные патрубки. Большая внутренняя поверхность стенок обеспечивает хороший теплосъем и невысокую ваттную нагрузку. Переменное магнитное поле высокой частоты «выдавливает» наводимый в котле индукционный ток на внутреннюю поверхность стенок котла, где и происходит непосредственный контакт с теплоносителем, а высокочастотные вибрации стенок в совокупности с электрическим и магнитным полем значительно препятствуют образованию накипи, практически исключая ее появление. При необходимости всю конструкцию можно поместить в защитный кожух с теплоизоляцией.
Для реализации больших мощностей применяется уже знакомая по ТЭНовым котлам большой мощности конструкция «револьверного» типа (рис. 2).
В этой конструкции через общие соединительные коллектора вварено 6 секций («бубликов») с обмотками. Теплоноситель подается снизу, через нижний соединительный коллектор, равномерно расходится по секциям, нагревается и выходит сверху через верхний соединительный коллектор. На котел также можно одеть кожух с теплоизоляцией. Работой котла управляет преобразователь шкафного исполнения на тиристорах или IGBT-транзисторах (рис. 3).
Рис. 4. Индукционный котел мощностью 300 кВт со следующими техническими характеристиками: диаметр с теплоизоляцией и кожухом — 700мм, высота — 1м, вес — 250 кг, КПД — 97 %.
