[00719732]快速蒸气发生器
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技术详细介绍
一、所属领域
智能仪表、市政、石油、环保设备。
二、技术或产品名称
快速蒸气发生器
三、技术水平
具有一定的创新性，达到国内先进水平。
四、技术简介
基于感应加热和新的 PTC 复合管的智能快速蒸汽发生器，具有热量损失小，无污染，产汽快的特点，弥补了传统燃料蒸汽发生器热量损失多，产汽慢，污染大的缺点，是对传统快速蒸汽发生器加热方式的一种创新。石油行业装备清洗和市政工程油污清洁等领域中，高效，环保，安全的感应加热和新的PTC 复合管的智能快速蒸汽发生器具有广阔的发展和应用前景。
智能快速蒸汽发生器采用一种新的 PTC 复合管加热技术，PTC 发热材料紧贴在被加热管体表面，电流经过 PTC 材料后会产生热量，热量会迅速通过管壁传导至被加热液体，使液体快速升温。
智能快速蒸汽发生器控制系统的硬件设计中，利用移相电路来控制 IGBT 驱动电路，结合单片机的控制，保证了逆变系统能运行在感性谐振状态，实现了功率的自由调节。在软件系统的分析和设计中，结合硬件设计给出了分模块的软件设计流程和思路，同时将粒子群算法优化模糊 PID 的方法应用在蒸汽温度的控制上，实现了温度的闭环控制。
五、创新点及性能指标
1、创新点
（1）采用一种新的 PTC 复合管加热技术，PTC 发热材料紧贴在被加热管体表面，电流经过 PTC 材料后会产生热量，热量会迅速通过管壁传导至被
加热液体，使液体快速升温。
（2）智能快速蒸汽发生器包括控制部分和蒸汽发生部分，控制部分由电磁感应主电路部件、单片机控制器、智能温度控制仪组成。述蒸汽发生部分由加热部件、压力传感器和水泵组成，其中加热部件由加热线圈、加热管道和加热系统外壳组成。其中温度传感器和压力传感器通过总线与单片机控制器相连接，单片机控制系统的加热功率、温度、和压力。感应加热系统水电分离，加热时感应线圈缠绕在加热管道上，管道内的水会迅速汽化成水蒸气，并在蒸汽出口处有温度和压力传感器来检测系统的温度与压力信息，并反馈给单片机实现闭环控制。所述加热线圈为紫铜材料，缠绕方式为螺旋缠绕。与现有技术相比，优势是：
①非接触式加热：感应加热线圈不与加热工件直接接触，可以有效避免器件的老化，非接触式加热也可以更方便的对器件进行维修，尤其在蒸汽发生器上可以有效的避免器件的生锈损耗，环保无污染。
②加热效率和速度快：通常电磁感应加热传热管外包裹一层保温棉，保温棉能有效地防止热量的损失，减少了能量的损失，同时电磁感应加热是使加热管自发热，升温效率速度极高。
③温度的可控性好：电磁加热系统断电即停止加热，加热功率便于控制， 相比于传统的蒸汽发生器，采用电磁加热的方式可以更容易和精确的控制温度，节省了人力。
（3）提出了基于粒子群（PSO）优化的模糊 PID 蒸汽温度控制算法， 实现粒子群优化模糊PID 控制器设计，实验结果表明经过粒子群优化的模糊PID算法可以在保持超调量小的情况下加快系统的响应，使系统更快达到稳态，这对于快速蒸汽发生器的蒸汽温度控制来说有很大的意义。
2、性能指标
智能快速蒸汽发生器工作电压 380V，加热功率 50kW，工作压力 0。4MPA，加热出汽时间≦90 秒，电热交换效率≧99%。智能快速蒸汽发生器具有产生蒸汽速度极快，产汽量大，具有明显的节能效果，智能自动化控制，使用操
作简单方便，具有完善的安全保护功能。
六、知识产权情况
（要求：专利号 专利名称）
该项目授权实用新型专利 1 项，申请实用新型专利 1 项，申请并进入实
质审查发明专利 1 项。智能快速蒸汽发生器的智能控制器已被天津市东睿泰合科技有限公司，青岛盛景电子有限公司、青岛微测创新电气有限公司采购并应用。项目相关的内容在中文核心期刊《计算机测量与控制》、《计算机仿真》、《系统仿真学报》发表论文 3 篇，论文《基于粒子群优化算法的蒸汽温度控制研究》被《制造业自动化》期刊录用。
1、201520442715。2 一种高性能快速蒸汽发生器
2、201811484226。8 一种基于感应加热的快速蒸汽发生器
七、合作方式
技术转让。
八、投资概算及经济效益分析
快速蒸汽发生器已经被应用于机械清洗、混凝土养护、设备消毒、医药等各行各业。
天津***有限公司使用智能快速蒸汽发生器清洗采油树，可以在很短的时间内将采油树上的油渍彻底清洗干净。广州市***洁净容器有限公司为了提高清洗效率，保证产品良好的安全性能，使用智能快速蒸汽蒸汽发生器对不锈钢容器进行高温蒸汽清洗，快速清除了不锈钢黄斑、锈斑、水垢、氧化斑等各种陈年斑垢以及各种工业油脂和油污。最重要的是智能快速蒸汽发生器产生的高温蒸汽具有消毒灭菌的功效，在清洗不锈钢设备的同时，对器具进行了消毒灭菌。钢管酸洗一般要求较为严格，酸洗件不得出现过酸洗和欠酸洗的现象。过酸洗这会使钢材表面变得粗糙，形成蜂窝麻面， 欠酸洗会使钢材在酸洗后仍有薄锈或氧化铁皮未除去。浙江***有限公司使用智能快速蒸汽发生器高温蒸汽清洗，合理的控制了酸洗液的温度， 及酸洗时长，有效避免了钢管清洗过程中出现过酸洗和欠酸洗的现象，为钢管清洗提供了有力保障。
目前比较流行的混凝土养护方法一般以自然风干法和蒸汽养护法，自然风干因为温度湿度受环境影响，产品容易开裂，质量得不到保证，蒸汽养护法就是利用蒸汽发生器产生的恒温恒湿的高温蒸汽对混凝土制件进行养护， 这样养护成本低，节能环保，而且温度和湿度比较稳定，混凝土制件质量得到了保证。冬季低温情况下混凝土难以凝固成型，凝固周期就会延长，在道路养护中，使用智能快速蒸汽发生器极大的提高了混凝土的养护效率，安徽***有限公司，在设备厂房日常的清洁和消毒中使用智能快速蒸汽发生器蒸汽发生器，其杀菌彻底、穿透力强、无毒性残留，不会造成重复污染等优点，已在制药界应用广泛。在医院中，高温蒸汽发生器广泛用于医疗器械的高温消毒。
除此之外，智能快速蒸汽发生器及其演化产品在食品、生物设备行、包装、化工等等各行各业都已经广泛投入使用。
油田钻井平台设备油污的清洗主要依靠高温高压蒸汽，蒸汽可用于清洗石油钻井平台、油罐、油管和一些机械传动件的解冻，150℃的高温高压蒸汽，无须任何清洗剂即可去除顽固的油污和泥垢。
目前油田大多采用锅炉式蒸汽发生系统，罐体庞大，使用蒸汽时需要提前将锅炉内水加热到蒸汽才能使用，热量损失严重、加热速度慢、实时性差。我国在快速蒸汽发生器领域上的发展非常迅速，对加快蒸汽发生器的产汽速度和提升热效率的要求逐日提高。
智能仪表、市政、石油、环保设备。
二、技术或产品名称
快速蒸气发生器
三、技术水平
具有一定的创新性，达到国内先进水平。
四、技术简介
基于感应加热和新的 PTC 复合管的智能快速蒸汽发生器，具有热量损失小，无污染，产汽快的特点，弥补了传统燃料蒸汽发生器热量损失多，产汽慢，污染大的缺点，是对传统快速蒸汽发生器加热方式的一种创新。石油行业装备清洗和市政工程油污清洁等领域中，高效，环保，安全的感应加热和新的PTC 复合管的智能快速蒸汽发生器具有广阔的发展和应用前景。
智能快速蒸汽发生器采用一种新的 PTC 复合管加热技术，PTC 发热材料紧贴在被加热管体表面，电流经过 PTC 材料后会产生热量，热量会迅速通过管壁传导至被加热液体，使液体快速升温。
智能快速蒸汽发生器控制系统的硬件设计中，利用移相电路来控制 IGBT 驱动电路，结合单片机的控制，保证了逆变系统能运行在感性谐振状态，实现了功率的自由调节。在软件系统的分析和设计中，结合硬件设计给出了分模块的软件设计流程和思路，同时将粒子群算法优化模糊 PID 的方法应用在蒸汽温度的控制上，实现了温度的闭环控制。
五、创新点及性能指标
1、创新点
（1）采用一种新的 PTC 复合管加热技术，PTC 发热材料紧贴在被加热管体表面，电流经过 PTC 材料后会产生热量，热量会迅速通过管壁传导至被
加热液体，使液体快速升温。
（2）智能快速蒸汽发生器包括控制部分和蒸汽发生部分，控制部分由电磁感应主电路部件、单片机控制器、智能温度控制仪组成。述蒸汽发生部分由加热部件、压力传感器和水泵组成，其中加热部件由加热线圈、加热管道和加热系统外壳组成。其中温度传感器和压力传感器通过总线与单片机控制器相连接，单片机控制系统的加热功率、温度、和压力。感应加热系统水电分离，加热时感应线圈缠绕在加热管道上，管道内的水会迅速汽化成水蒸气，并在蒸汽出口处有温度和压力传感器来检测系统的温度与压力信息，并反馈给单片机实现闭环控制。所述加热线圈为紫铜材料，缠绕方式为螺旋缠绕。与现有技术相比，优势是：
①非接触式加热：感应加热线圈不与加热工件直接接触，可以有效避免器件的老化，非接触式加热也可以更方便的对器件进行维修，尤其在蒸汽发生器上可以有效的避免器件的生锈损耗，环保无污染。
②加热效率和速度快：通常电磁感应加热传热管外包裹一层保温棉，保温棉能有效地防止热量的损失，减少了能量的损失，同时电磁感应加热是使加热管自发热，升温效率速度极高。
③温度的可控性好：电磁加热系统断电即停止加热，加热功率便于控制， 相比于传统的蒸汽发生器，采用电磁加热的方式可以更容易和精确的控制温度，节省了人力。
（3）提出了基于粒子群（PSO）优化的模糊 PID 蒸汽温度控制算法， 实现粒子群优化模糊PID 控制器设计，实验结果表明经过粒子群优化的模糊PID算法可以在保持超调量小的情况下加快系统的响应，使系统更快达到稳态，这对于快速蒸汽发生器的蒸汽温度控制来说有很大的意义。
2、性能指标
智能快速蒸汽发生器工作电压 380V，加热功率 50kW，工作压力 0。4MPA，加热出汽时间≦90 秒，电热交换效率≧99%。智能快速蒸汽发生器具有产生蒸汽速度极快，产汽量大，具有明显的节能效果，智能自动化控制，使用操
作简单方便，具有完善的安全保护功能。
六、知识产权情况
（要求：专利号 专利名称）
该项目授权实用新型专利 1 项，申请实用新型专利 1 项，申请并进入实
质审查发明专利 1 项。智能快速蒸汽发生器的智能控制器已被天津市东睿泰合科技有限公司，青岛盛景电子有限公司、青岛微测创新电气有限公司采购并应用。项目相关的内容在中文核心期刊《计算机测量与控制》、《计算机仿真》、《系统仿真学报》发表论文 3 篇，论文《基于粒子群优化算法的蒸汽温度控制研究》被《制造业自动化》期刊录用。
1、201520442715。2 一种高性能快速蒸汽发生器
2、201811484226。8 一种基于感应加热的快速蒸汽发生器
七、合作方式
技术转让。
八、投资概算及经济效益分析
快速蒸汽发生器已经被应用于机械清洗、混凝土养护、设备消毒、医药等各行各业。
天津***有限公司使用智能快速蒸汽发生器清洗采油树，可以在很短的时间内将采油树上的油渍彻底清洗干净。广州市***洁净容器有限公司为了提高清洗效率，保证产品良好的安全性能，使用智能快速蒸汽蒸汽发生器对不锈钢容器进行高温蒸汽清洗，快速清除了不锈钢黄斑、锈斑、水垢、氧化斑等各种陈年斑垢以及各种工业油脂和油污。最重要的是智能快速蒸汽发生器产生的高温蒸汽具有消毒灭菌的功效，在清洗不锈钢设备的同时，对器具进行了消毒灭菌。钢管酸洗一般要求较为严格，酸洗件不得出现过酸洗和欠酸洗的现象。过酸洗这会使钢材表面变得粗糙，形成蜂窝麻面， 欠酸洗会使钢材在酸洗后仍有薄锈或氧化铁皮未除去。浙江***有限公司使用智能快速蒸汽发生器高温蒸汽清洗，合理的控制了酸洗液的温度， 及酸洗时长，有效避免了钢管清洗过程中出现过酸洗和欠酸洗的现象，为钢管清洗提供了有力保障。
目前比较流行的混凝土养护方法一般以自然风干法和蒸汽养护法，自然风干因为温度湿度受环境影响，产品容易开裂，质量得不到保证，蒸汽养护法就是利用蒸汽发生器产生的恒温恒湿的高温蒸汽对混凝土制件进行养护， 这样养护成本低，节能环保，而且温度和湿度比较稳定，混凝土制件质量得到了保证。冬季低温情况下混凝土难以凝固成型，凝固周期就会延长，在道路养护中，使用智能快速蒸汽发生器极大的提高了混凝土的养护效率，安徽***有限公司，在设备厂房日常的清洁和消毒中使用智能快速蒸汽发生器蒸汽发生器，其杀菌彻底、穿透力强、无毒性残留，不会造成重复污染等优点，已在制药界应用广泛。在医院中，高温蒸汽发生器广泛用于医疗器械的高温消毒。
除此之外，智能快速蒸汽发生器及其演化产品在食品、生物设备行、包装、化工等等各行各业都已经广泛投入使用。
油田钻井平台设备油污的清洗主要依靠高温高压蒸汽，蒸汽可用于清洗石油钻井平台、油罐、油管和一些机械传动件的解冻，150℃的高温高压蒸汽，无须任何清洗剂即可去除顽固的油污和泥垢。
目前油田大多采用锅炉式蒸汽发生系统，罐体庞大，使用蒸汽时需要提前将锅炉内水加热到蒸汽才能使用，热量损失严重、加热速度慢、实时性差。我国在快速蒸汽发生器领域上的发展非常迅速，对加快蒸汽发生器的产汽速度和提升热效率的要求逐日提高。
随着我国经济的发展，环境问题已成为我国社会发展的重中之重。截至2016 年底，我国的能源结构中煤炭仍然占有很大的比例，在我国的一些工业蒸汽发生器中仍依赖煤炭等传统燃料，同时其热效率一般为 0。6-0。7 左右，产生的有害气体会污染环境并容易产生酸雨。燃油蒸汽发生器会占用大量的场地，且无法保证控制精度。电加热蒸汽发生器的出现提高了温度控制精度， 替换了以往的传统加热方式，但是电加热蒸汽发生器中的电阻丝直接与水接触，容易造成漏电，结垢等缺点。因此，推广使用清洁能源、高效节能的智能快速蒸汽发生器具有重要的现实意义。
