用途
　　GTG₃₀工頻感應(yīng)電磁鍋爐利用電能（尤其是廉價(jià)的谷電）對(duì)儲(chǔ)水箱中的水進(jìn)行循環(huán)加熱，將電能轉(zhuǎn)換成熱能儲(chǔ)存起來(lái)，以供全天的生活熱水、飲用、采暖及工業(yè)使用。
　　適用于酒店、賓館、飯店、學(xué)校、住宅小區(qū)、部隊(duì)、商業(yè)中心、辦公樓、企事業(yè)單位等。
　　GTG₃₀屬常壓熱水鍋爐，出口壓力＜0.1Mpa，產(chǎn)品性能符合Q/320411AYR001—2010企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)構(gòu)
　　GTG₃₀主要由感應(yīng)加熱的主機(jī)、循環(huán)水箱、防護(hù)外殼組成一體，主機(jī)系一種特殊結(jié)構(gòu)的水冷干式短路變壓器，它設(shè)置在循環(huán)水箱內(nèi)。電鍋爐與PLC電控箱安裝在同一底座上，固定式結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖8所示。

工作原理
　　短路加熱  由感應(yīng)短路電流產(chǎn)生焦耳效應(yīng)的一種電加熱。其工作原理是，根據(jù)變壓器原副邊匝數(shù)比，使副邊獲得低電壓大電流，在這里副邊為1匝，且短接形成回路，故稱短路加熱。
　　渦流加熱  由感應(yīng)渦流產(chǎn)生焦耳熱效應(yīng)的一種電加熱。其工作原理是，交變的磁力線通過(guò)導(dǎo)體在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流與磁滯，其中產(chǎn)生焦耳效應(yīng)的主要是渦流，故稱渦流加熱。
　　短路漏磁  變壓器短路情況下的漏磁見(jiàn)圖1所示（見(jiàn)《工程電磁場(chǎng)》，清華大學(xué)出版社－2004.9）。
　　當(dāng)GTG₃₀的主機(jī)接通三相工頻電源，其副邊外殼感應(yīng)產(chǎn)生短路大電流和相與相之間及三相間的短路大電流。該主機(jī)的短路漏磁穿過(guò)介質(zhì)水與循環(huán)水箱形成回路，在循環(huán)箱體內(nèi)產(chǎn)生渦流與磁滯使之成為一渦流發(fā)熱體。
　　接通電源的是主機(jī)，而加熱介質(zhì)水的是短路與渦流兩個(gè)加熱裝置，且漏磁屬無(wú)功，因此GTG₃₀的實(shí)測(cè)能效比突破了不大于1.0的傳統(tǒng)概念。

 圖1   變壓器短路磁場(chǎng)

直接加熱
　　傳統(tǒng)的燃煤、燃油、燃?xì)饧半姛峁艿儒仩t的加熱方式為火焰或電能加熱管道，再由管道加熱周圍的介質(zhì)水，這些傳統(tǒng)鍋爐的加熱方式均為間接加熱，其產(chǎn)品熱交換效率必然受到影響。而GTG₃₀副邊短路的主機(jī)外殼即為主發(fā)熱體，直接設(shè)置在循環(huán)水中，循環(huán)水箱又是副發(fā)熱體，兩發(fā)熱體共同對(duì)流經(jīng)它們的介質(zhì)水進(jìn)行直接加熱，熱交換效果好。

循環(huán)加熱
　　在傳熱學(xué)中，有一基礎(chǔ)理論：流體流經(jīng)發(fā)熱體表面時(shí)，由于粘滯作用，緊貼發(fā)熱體表面的流體是靜止的，熱量傳遞只能以導(dǎo)熱的方式進(jìn)行，離開(kāi)發(fā)熱體表面才發(fā)生熱對(duì)流；而強(qiáng)迫對(duì)流換熱的傳熱系數(shù)是自然對(duì)流換熱的10～15倍！
　　傳統(tǒng)設(shè)備在加熱時(shí)，將冷水加熱至設(shè)定溫度后翻水再進(jìn)冷水。而GTG₃₀與儲(chǔ)水箱間加循環(huán)水泵，形成介質(zhì)水在GTG₃₀內(nèi)的強(qiáng)迫循環(huán)，見(jiàn)圖2。循環(huán)加熱時(shí)，增加的溫度越接近原始溫度，熱傳導(dǎo)效果越好，能效也越高。GTG₃₀加熱時(shí)，循環(huán)介質(zhì)水進(jìn)出口溫升不大于6℃。這樣既保證了變壓器主機(jī)的使用壽命，避免了交替冷熱水對(duì)不銹鋼縮脹的影響，又大大增加了GTG₃₀的產(chǎn)品能效比及系統(tǒng)能效比。

圖2

開(kāi)創(chuàng)電氣短路應(yīng)用新領(lǐng)域
　　特斯拉發(fā)明的交流電動(dòng)機(jī)已有一百多年歷史了，現(xiàn)在幾乎所有的工礦企業(yè)及家家戶戶都少不了它。其實(shí)它的鑄鋁轉(zhuǎn)子（見(jiàn)圖3）就是電氣領(lǐng)域最為廣泛應(yīng)用短路的一個(gè)典型范例。GTG₃₀、ZJ₂₀同樣也是副邊短路的原理。不同的是：電動(dòng)機(jī)輸出的是動(dòng)力，而GTG₃₀與ZJ₂₀輸出的是焦耳熱量。
　　眾所周知，電氣中的短路常常是壞事，而在這里卻利用短路來(lái)造福人類。

圖3  電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子

開(kāi)創(chuàng)無(wú)功應(yīng)用新領(lǐng)域

　　GTG₃₀感應(yīng)加熱的主機(jī)系一種特殊結(jié)構(gòu)的水冷干式短路變壓器，直接設(shè)置在循環(huán)水中。在這里，與眾不同的是主機(jī)的不銹鋼防護(hù)外殼又是它主發(fā)熱的副邊。運(yùn)行時(shí)，副邊感應(yīng)產(chǎn)生的大電流、原邊銅損、鐵損、雜散損耗及短路漏磁等有功及無(wú)功幾乎全部通過(guò)介質(zhì)水轉(zhuǎn)換成熱能。這種結(jié)構(gòu)為世界首創(chuàng)，絕無(wú)僅有。而更具實(shí)質(zhì)意義的是，無(wú)功獲得了有效的利用。

能效比≥1.05
　　大家都知道，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的四周會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。同理，GTG₃₀在運(yùn)行時(shí)，設(shè)置在循環(huán)水箱中的主機(jī)，它的副邊短路電流達(dá)到1～4.6萬(wàn)安培，它的每相磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到（1.4～5.2）×104A/m。如此強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)，其漏磁使循環(huán)水箱感應(yīng)產(chǎn)生了很大的渦流。由此，循環(huán)水箱成為一副發(fā)熱體。
　　簡(jiǎn)言之，接通電源的是主機(jī)，而加熱介質(zhì)水的是短路與渦流兩個(gè)加熱裝置，且漏磁屬無(wú)功，因此GTG₃₀的實(shí)測(cè)能效比突破了不大于1.0的傳統(tǒng)概念。
　　另外，直接加熱及循環(huán)加熱方式使得電能在轉(zhuǎn)換成熱能時(shí)，熱量充分的被介質(zhì)水吸收。因此，GTG₃₀工頻感應(yīng)電磁鍋爐的能效比就特別的高了。
　　GTG₃₀的能效比經(jīng)中國(guó)電力科學(xué)研究院電力工業(yè)電力設(shè)備及儀表質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)試，“電磁鍋爐能效比為：1.056”。

（能效比測(cè)試報(bào)告）

功率因數(shù)cosφ≥0.98

　　在工頻感應(yīng)類電器中，功率因素cosφ是一項(xiàng)重要參數(shù)。cosφ越高，電流就越小，用銅量及用鐵量就越少。它不但涉及產(chǎn)品的制造成本，同時(shí)還關(guān)系到資源的高效利用。為使國(guó)產(chǎn)Y系列電動(dòng)機(jī)的cosφ提高兩個(gè)百分點(diǎn)，寶鋼集團(tuán)投資數(shù)十億建造了電機(jī)硅鋼片冷軋生產(chǎn)線。即使這樣，Y系列2極電機(jī)的cosφ最高只能達(dá)到0.90，10極電機(jī)cosφ僅為0.77。

　　同屬工頻感應(yīng)的 GTG₃₀，cosφ為什么能高達(dá)0.98以上呢？對(duì)此，我們借用圖4作簡(jiǎn)單地說(shuō)明。圖4中，在鐵芯、原邊繞組相同的條件下，副邊的包覆系數(shù)低，cosφ低；包覆系數(shù)高，cosφ高。 GTG₃₀的主機(jī)非常巧妙地利用外殼作為副邊，包覆系數(shù)幾乎是百分之百，所以功率因數(shù)能如此之高。

圖4

磁化功能
>>GTG₃₀的磁化流程
　　GTG₃₀的主機(jī)在運(yùn)行時(shí)，每相磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)（1.4～5.2）·104A/m，強(qiáng)大的電磁場(chǎng)使流經(jīng)它周圍的介質(zhì)水在被加熱的同時(shí)被磁化。

>>磁化水的意義
●防垢
      GTG₃₀在運(yùn)行時(shí)，對(duì)流經(jīng)它周圍的介質(zhì)水進(jìn)行磁化，使水分子氫鍵角從105°減小到103°左右，這一微觀結(jié)構(gòu)的變化使水分子產(chǎn)生了一系列電性和磁性的變化。水的物理性能與化學(xué)性質(zhì)也發(fā)生了一系列的變化，水的活性溶解度大大提高，水中的CaCO₃、MgCO₃在加熱過(guò)程中分解成較為松軟的Ca（HCO₃）₂、Mg（HCO₃）₂，它們不易在壁上積存而被循環(huán)的介質(zhì)水帶走；另外，水的聚合度也提高了，被溶解的固態(tài)物質(zhì)成為更細(xì)的顆粒，粒子細(xì)化后，不易凝結(jié)在壁上，從而達(dá)到了加熱水不結(jié)垢、加熱油不結(jié)碳的良好效果。
●有益人體健康   
　　經(jīng)過(guò)磁化的水，pH值、表面張力、電導(dǎo)率、溶氧量、滲透力等性質(zhì)都發(fā)生了變化。磁化水可增加生物膜的通透性，降低血液粘稠度，保持血液彈性，對(duì)結(jié)石、皮膚病有預(yù)防作用。我國(guó)著名醫(yī)學(xué)家李時(shí)珍早在500多年前就指出，經(jīng)磁化處理過(guò)的水具有“去瘡瘺、長(zhǎng)肌膚、長(zhǎng)飲令人有子、宜入酒”等功效，見(jiàn)《本草綱目》582-586頁(yè)。
　　陽(yáng)光、空氣、水—生命”，我們沒(méi)法改變前兩者，但是現(xiàn)在我們卻能改變“水”。

圖5

改變城市能源結(jié)構(gòu)，有利城市環(huán)境
      圖6為常州地區(qū)2010年最高日負(fù)荷曲線。由此可見(jiàn)，峰谷差達(dá)1250兆瓦，谷峰比不到0.75。尤其是20～22這個(gè)最高峰，這與此時(shí)電熱水器的使用不無(wú)關(guān)系。電網(wǎng)的峰谷差，不僅常州地區(qū)，其他地區(qū)乃至世界都存在這一問(wèn)題。谷電這種高級(jí)能源不能得到很好的利用，俗稱窩電，實(shí)為最大浪費(fèi)。                                    
      若將廉價(jià)的低谷電能轉(zhuǎn)換成熱能——熱水儲(chǔ)存起來(lái)，供居民24小時(shí)生活使用。既可平衡電網(wǎng)負(fù)荷，又可降低居民生活熱水成本。我國(guó)城市居民人口6.91億，每人配置生活熱水功率0.3千瓦，則平衡谷電可達(dá)2.07億千瓦。生活熱水，人人要用、天天要用，不但城市居民要用，賓館、學(xué)校、部隊(duì)、企事業(yè)等也要用。這是電力系統(tǒng)谷電消費(fèi)的一個(gè)穩(wěn)定的潛在大市場(chǎng)。開(kāi)發(fā)好這個(gè)大市場(chǎng)，足夠平衡我國(guó)21世紀(jì)谷電余量。
      GTG₃₀高效地利用谷電蓄熱，當(dāng)其達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，必將改變城市能源結(jié)構(gòu)，減少石化能源的低效使用，有利城市環(huán)境。當(dāng)然更有利電力，有利電網(wǎng)，普惠百姓。

圖6  2010.8.3常州聯(lián)絡(luò)線總加計(jì)算結(jié)果

安  全
      GTG₃₀屬常壓熱水鍋爐，出口壓力＜0.1Mpa，使用中無(wú)爆炸危險(xiǎn)。無(wú)需特種設(shè)備生產(chǎn)許可及安全檢查程序。
      GTG₃₀采用的是零電壓設(shè)計(jì)，運(yùn)行時(shí)，副邊三相短路,外殼呈零電位，因此主機(jī)工作時(shí)副邊外殼不帶電，運(yùn)行十分安全，另外在控制系統(tǒng)中設(shè)有漏電保護(hù)裝置，這樣就更增加了電鍋爐的安全性。

圖7

簡(jiǎn)單可靠
      每臺(tái)感應(yīng)電鍋爐均配感應(yīng)加熱的主機(jī)及電控箱各一只，模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。
      GTG₃₀配套的電控箱所選擇的低壓電器能有效地檢測(cè)電氣系統(tǒng)中的短路、過(guò)流、漏電等故障信號(hào)，以及從各傳感器檢測(cè)到的水位、水溫、出進(jìn)口水溫差、壓力等信號(hào)均送到PLC，然后由PLC根據(jù)編制的程序發(fā)出控制或報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人、安全自動(dòng)運(yùn)行。LED屏幕顯示，觸摸按鍵，操作簡(jiǎn)單。

壽命長(zhǎng)
      GTG₃₀感應(yīng)加熱的主機(jī)是在保證變壓器的使用壽命不少于20年的基礎(chǔ)上制訂的。對(duì)此有一“6度定則”，即繞組溫升超過(guò)絕緣標(biāo)準(zhǔn)6℃，壽命縮短一半；繞組溫升低于絕緣標(biāo)準(zhǔn)6℃，壽命則延長(zhǎng)一倍。由此可見(jiàn)，GTG₃₀主機(jī)的壽命遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
      考慮到各地水質(zhì)的千差萬(wàn)別，GTG₃₀的主機(jī)外殼、內(nèi)膽、管道法蘭均采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼制作，采用專業(yè)的焊接工藝，每臺(tái)設(shè)備在出廠前均經(jīng)過(guò)承壓試驗(yàn)，且循環(huán)加熱的運(yùn)行設(shè)計(jì)模式避免了冷熱水交替對(duì)不銹鋼縮脹的影響。所以說(shuō)本產(chǎn)品在正常使用條件下其使用壽命達(dá)到鍋爐標(biāo)準(zhǔn)10年是完全有保證的。
 

高效保溫
      選擇合理的儲(chǔ)水溫度作為臨界保溫點(diǎn)，既免去反復(fù)加熱的浪費(fèi)，又縮短了再次加熱的時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)高效目的。
      GTG₃₀的循環(huán)水箱容積≤250L，采用6cm厚硅酸鋁纖維板保溫層，對(duì)熱量起到反射作用，有效避免熱量損失，確保實(shí)測(cè)≥1.05的積極效果。

主要技術(shù)參數(shù)（三相，fe50Hz，Ue400V）

表1

*推薦選用的熱水管道泵，流量Q≥表1中的循環(huán)水量，揚(yáng)程H≥12m；確保GTG₃₀運(yùn)行時(shí)進(jìn)出口水溫差不大于3.5℃。

外型及安裝尺寸

圖8  GTG₃₀-70～1500kw

表2

循環(huán)加熱系統(tǒng)

圖 9  GTG₃₀循環(huán)加熱系統(tǒng)
 

PLC自動(dòng)程序控制
●啟停程序：開(kāi)機(jī)先開(kāi)循環(huán)泵后開(kāi)主機(jī)，關(guān)機(jī)先停主機(jī)后停循環(huán)泵，啟停均有延時(shí)程序。
●水溫自控：出口水溫加熱到設(shè)定溫度上限自動(dòng)停機(jī)，到設(shè)定溫度下限自動(dòng)開(kāi)機(jī)，設(shè)定溫度控制誤差≤±2℃。
●溫差自控：出進(jìn)口水溫差自動(dòng)控制，溫差超過(guò)7℃自動(dòng)停機(jī)，低于6℃自動(dòng)開(kāi)機(jī)。
●液位自控：儲(chǔ)水箱液位自控。
●壓力自控：進(jìn)水口壓力大于正常值0.02MPa自動(dòng)開(kāi)機(jī)，小于正常值0.02MPa自動(dòng)關(guān)機(jī)。
●時(shí)段自控：24h任意設(shè)定時(shí)段（如谷電時(shí)段），運(yùn)行自控。
●漏電自控：主機(jī)漏電流大于等于400mA自動(dòng)切斷電源。
●數(shù)字顯示：出口溫度、出進(jìn)口溫差、進(jìn)口壓力、每天運(yùn)行時(shí)間、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、漏電故障顯示等。

選型計(jì)算
>>GTG₃₀的功率選型

●生活熱水（水的比熱、比重均按1計(jì)，這里略）

P×η×T×860 = G×△t×K×1000　　　　　　　　　　（公式一）

式中:

P —— GTG30的電功率，單位：kw

η —— 產(chǎn)品能效比，按1.056計(jì)

T —— 加熱時(shí)間（谷電按7.9h計(jì)），單位：h

G —— 加熱水量，單位：m³

△t—— 儲(chǔ)水箱初、終水溫差，單位：℃

K —— 熱損失系數(shù)，取1.05～1.2

●采暖

P×η×T1= S×Q×T2÷1000　　　　　（公式二）

式中:

P   —— GTG30的電功率，單位：kw

η   —— 產(chǎn)品熱效率，按1.056計(jì) 

T1  —— 加熱時(shí)間（谷電按7.9h計(jì)），單位：h

S    —— 采暖面積，單位：m²

Q   —— 采暖熱負(fù)荷，單位：w/m²

T2  —— 采暖時(shí)間，單位：h

    進(jìn)儲(chǔ)水箱冷水溫度按實(shí)際工況定，其加熱水溫一般為：生活熱水65℃、采暖90℃、飲用水95℃。在這里，若加熱水量G、采暖面積S、采暖時(shí)間T₂確定，則鍋爐電功率P就很方便計(jì)算出來(lái)。

>>水箱容積選型
    儲(chǔ)水箱為常壓設(shè)計(jì)，不銹鋼材質(zhì)，16小時(shí)的保溫應(yīng)符合熱損失不大于6%的要求。
    若功率P已知，則加熱水量G可根據(jù)公式一計(jì)算出來(lái)。
    儲(chǔ)水箱容積按加熱水量G的1.05～1.2倍計(jì)。
    為保證24小時(shí)供水溫度及流量的穩(wěn)定性，部分生活熱水項(xiàng)目，需加設(shè)供熱水箱一只，容積為儲(chǔ)水箱容積的20％

>>循環(huán)加熱水泵選型參見(jiàn)表1。

>>系統(tǒng)其他設(shè)備按具體項(xiàng)目情況設(shè)計(jì)。

經(jīng)濟(jì)對(duì)比
>>1m³熱水能耗成本比較
    （以自來(lái)水年均溫度18℃，加熱水溫至58℃，4萬(wàn)kcal）

    表3

注：1、上述“省錢”、“節(jié)能”為GTG₃₀與其他設(shè)備對(duì)比數(shù)據(jù)。
       2、上述能源單價(jià)為江蘇常州2012年8月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，各地價(jià)格有所差異。
　　其中：服務(wù)于居民生活的電熱鍋爐谷電價(jià)0.2528元/Kwh，時(shí)間：0：00～8：00。
　　         居民谷電價(jià)：0.3583元/kwh，時(shí)間21：00～8：00。
　　由此可見(jiàn)，之所以出現(xiàn)圖6中20：00～22：00全天用電最高峰，與此時(shí)居民使用電熱水器有關(guān)。
>>系統(tǒng)能效比即實(shí)測(cè)使用熱量與輸入能量之比。GTG₃₀系統(tǒng)能效比是蒸汽加熱的10倍，運(yùn)行成本不到1/10。
>>其他供熱設(shè)備如熱泵機(jī)組、太陽(yáng)能機(jī)組，因其受天氣波動(dòng)影響較大，為維持系統(tǒng)穩(wěn)定，另需配套電或氣加熱設(shè)備。因我國(guó)幅員遼闊，差異較大，在此不做詳細(xì)說(shuō)明。