周建伟1 李良武2 刘善波2
(1抚顺隆基电磁科技有限公司，辽宁省 抚顺 113122
2华电国际十里泉发电厂,277103山东枣庄)
摘要：高梯度磁过滤器是利用电磁感应原理设计的，借助于励磁线圈中直流电流产生的定向磁场，磁化充填层中的专用高聚磁不锈钢软磁基体，再通过磁化基体对液体中磁性物质颗粒的磁力吸引，将杂质吸着在基体表面，达到液体的净化[1]。在高温凝结水回收及污水处理领域有着极好的应用前景。
关键词：除铁;凝结水;污水;应用
1.高梯度磁过滤器的工作原理：
高梯度磁过滤器是借助电磁线圈产生高强度的直流磁场，使导磁基体表面形成极高的磁场梯度。液体中磁性物质颗粒通过筒体时，被磁化的基体具有的强大磁力将颗粒捕集在其表面，从而达到液体净化的目的。作用于颗粒的磁力可用下式表示[2]：
Fx=V·X·H·dH/dX
F—作用于颗粒的磁力;
V—磁性颗粒的体积;
γ—磁性颗粒的磁化率;
H—磁场强度;
dH/dx—磁场强度梯度。
当基体吸引粒子的磁力远超过阻碍粒子运动的反力(即颗粒的重力、流体的粘滞阻力、摩擦力和惯性力)时，磁分离作用才能得到有效利用。
2.高梯度磁过滤器的结构及特点
CAD型高梯度磁过滤器可分为主机和控制柜两部分;主体部分包括磁系、压力容器罐体、冷却系统等部分构成。
其结构示意见图1
2.1 高梯度磁过滤器主体
a.总体结构由外磁场、内磁极及走水罐体组成。其外磁场是由上轭、内筒、下轭、励磁线圈绕组及导磁筒等构成磁系。在上下轭板间与其焊成一体的内筒的外侧，按最佳散热条件绕成励磁线圈，导磁筒套在线圈的最外侧。本设计方法将磁力线最大限度地集中在过滤器的中间罐体部分。而内磁极采用了复合基体，磁力提高千万倍，不仅能最大限度地除去液体中铁磁性的微粒，还可有效地除去顺磁性颗粒，甚至对于磁化率很低的水合氧化铁亦有一定量的去除。
b.外磁场采用的是整体全封闭结构，其内部线圈全部浸入变压器油中，油本身是流动的，油流动的动力就是油泵。通过油的流动使线圈工作时产生的热量传递给油，油依靠动力泵将油强迫循环至换热器中，并通过水冷加快换热器中油冷却的循环工作过程。
2.2 高梯度磁过滤器的特点
a.高梯度磁过滤器不用更换滤芯，由于高梯度磁过滤器滤芯为专用的不锈钢材质制造而成，更加耐腐蚀、耐磨损;高梯度磁过滤器反洗采用气水结合脉冲式擦洗方式，反洗效果好，滤芯使用寿命在10年以上。
b.高梯度磁过滤器滤芯采用居里点为618℃的专用软磁材料制备而成，可处理180℃的高温凝结水。
C.高梯度磁过滤器可去除0.03μm-150μm的金属腐蚀产物，磁过滤器可产生20000Gs的磁场和1000Gs/μm的磁场梯度。
d.自动化程度高，实现了全自动集控操作。
3.高梯度磁过滤器的应用与前景
3.1 高梯度磁过滤器在蒸汽锅炉中的应用
蒸汽锅炉作为热能转化设备，在运行过程中，需要煤或燃油、天然气为动力，在蒸汽锅炉的运行中，大量的蒸汽冷凝后，含有很高的热能，将高温凝结水回收利用，将能够拉动企业的节水、节能和减排水量[3]。在很多工厂企业(食品、烟草、造纸、冶金等)，回收的凝结水含铁量偏高，超过国家锅炉给水标准要求，需要经过高梯度磁过滤器进行除铁过滤才能有效的回收。高梯度磁过滤器可去除凝结水中0.03μm-150μm的金属腐蚀产物，除铁效率高，出水铁含量在5μg/l以下。
3.2 高梯度磁过滤器在电力行业的应用
在火力发电行业，电厂凝结水、疏水、生产回水系统对水质要求很高，凝结水温度在100℃-155℃，铁含量较高。为去除凝结水中铁的腐蚀产物，电厂安装高梯度磁过滤器对凝结水进行除铁过滤回收。工艺流程为：供热返回的凝结水汇集到储水箱，然后经过水泵以恒压由上至下经过高梯度磁过滤器，处理后的净水通过水泵打入锅炉给水系统的除氧器。
凝结水通过新型高梯度磁过滤器处理后，出水含铁量达到了GB/T12145-2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》中超临界直流炉给水含铁量小于5μg/L的水质标准，减少了锅炉的补给水量。同时，由于凝结水的温度高，进入锅炉以后又减少了燃料损失。
3.3 高梯度磁过滤器的应用前景
高梯度磁过滤器在污水处理领域也存在着广阔的应用空间，在一般的工业废水中含有许多金属悬浮体及油类污染物。对于尺寸为微米级的磁性和顺磁性物质污染物，我们都可以采用高梯度磁分离的技术。钢铁工业排出的废水中含有大量的微米级别的铁的氧化物颗粒。这种废水最好的利用是去除污染物后循环使用，高梯度磁过滤器使这种回收方式成为了可能。城市废水中含有大量的非磁性污染物假如采用磁性施加粒子和适当的化学处理，就能排出水中的苛利芳菌、颜色粒子和各种重金属悬浮物。现在城市饮用水主要净化方式是氯化杀菌。但是，人们发现氯化物会带来毒性或致癌等付作用。哈佛大学研究人员发现某些病毒会吸附在氧化铁或其它磁性粒子上，如常见的大肠杆菌病毒就很喜欢吸附在磁性颗粒表面上，利用高梯度磁分离技术就能有效地清除它们。最近，美国格费尔研究发展公司采用高梯度磁分离器处理了含有苛利芳菌的污水。仅施拨少量Fe3O4粒子就能消除苛利芳菌91%，从700条/毫升降低到60条/毫升。据报导，目前用高梯度磁分离方法处理城市饮用水的费用与常用的方法相等，但占地面积小。还应该指出，水通过强磁场后会发生质变，能防止锅炉和热水管道结成水垢。另外，磁化后的水对人、畜和植物等都能带来一些益处，对预防和治疗结石病具有积极的意义。
4. 结论
高梯度磁过滤器是八十年代发展起来的一种新的磁应用设备，经过多次的改进,现在已经发展到第五代设备。 高梯度磁过滤器应用于高温凝结水的处理回收已经初见成效,这种技术引起了世界各国环境保护工作者的高度重视。
随着科学技术的飞跃发展, 超导磁铁的出现将进一步扩大高梯度磁过滤器的应用范围, 同时, 高梯度磁过滤器也能成为超导磁铁的主要应用领域。采用超导技术能进一步提高磁场梯度和降低耗电量, 扩大分离范围和降低成本。这一发展可使水循环更加完善化和消除江河湖泊的污染。
5、参考文献：
[1] 渡道一成，藤原帮夫.高梯度电磁过滤器在火电厂和核电站的应用.热力发电译丛 [J].1992，4:14
[2] 惠仁泉.电磁过滤器在电厂水处理中应用.电力设计水处理技术[J].1989,4:30
[3] 国家五部委.中国节水技术政策大纲[N].2005，4.
6、作者简介：
周建伟 理学硕士 工程师 毕业于吉林大学物理学院，1980年7月出生，现工作于抚顺隆基电磁科技有限公司，从事高温凝结水除铁过滤设备的研发。