基于变频电场的电解吸垢水处理系统研究

摘要

在工业生产中，企业普遍将硬水作为循环冷却水系统的降温物料。循环水在使用过程中不断的浓缩，钙镁离子容易在管道和换热设备上结垢。水垢不仅影响换热设备的工作效率，而且容易腐蚀管壁，给企业带来了巨大的经济损失。
　　本课题利用电解吸垢法，设计了一种电解吸垢水处理系统，来降低水质硬度，阻止循环水系统结垢。电解吸垢是一种主动除垢技术，给电极施加低压变频信号，形成变频电场作用于循环水中。经电解处理的水，其溶解性和渗透能力得到加强，把钙镁离子稳定在水溶液中，在电场力的作用下，钙镁离子在阴极区聚集，与碳酸根离子结合生成碳酸盐沉淀附着于阴极网上。从本质上解决循环水结垢问题，具有广泛的研究和应用价值。
　　本课题主要完成了以下研究工作：
　　1、介绍了电解法除垢方式的国内外发展现状，分析了电解吸垢水处理系统的工作机理。提出了电解吸垢系统的总体设计方案，电解吸垢水处理系统由上位机、主控电路和电解吸垢篮构成。
　　2、介绍了系统硬件电路的设计，硬件电路包括变频信号产生电路、功率驱动电路、电流和电压检测电路、显示电路、CAN总线通信电路和可控电源电路。选用STM32F103RBT6作为微控制器芯片，产生频率为20Hz至30kHz的变频脉冲信号，可控电源电路电压输出范围为0至48V，通过不断检测吸垢篮电极工作电流调整工作电压，使得吸垢篮电极工作电流保持在6A左右。
　　3、介绍了系统软件的设计，包括系统主程序的设计、变频信号产生程序设计、数据采集单元软件设计和系统通信模块软件设计，还有上位机系统设计。利用VC编写了上位机系统，通过CAN总线通讯方式，对电解吸垢系统进行远程操控，设定系统的初始参数，同时能够实时监控电解吸垢系统的工作状态。
　　4、对电解吸垢系统进行调试与实验，记录水质的硬度、电导率、PH和结垢量等实验数据。经实验数据表明，该系统能够有效降低循环水的水质硬度和电导率，稳定水质的PH值，能够有效阻止循环冷却系统结垢。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 目前常用的除垢阻垢方法

1.3 电解吸垢法国内外研究现状

1.4 研究内容

1.5 本章小结

2 电解吸垢法理论及总体设计

2.1 水垢的形成过程

2.2 电场在电解吸垢中的作用

2.3 电解吸垢原理概述

2.4 电解吸垢系统的总体设计

2.5 本章小结

3 电解吸垢系统的硬件设计

3.1 变频信号产生电路设计

3.2 辅助电源电路设计

3.3 功率驱动电路设计

3.4 电流检测电路设计

3.5 电压检测电路设计

3.6 温度检测电路设计

3.7 显示模块电路设计

3.8 通信模块设计

3.9 可控电源设计

3.10 本章小结

4 电解吸垢系统的软件设计

4.1 软件开发平台的选择

4.2 电解吸垢主程序流程设计

4.3 变频信号程序设计

4.4 数据采集单元程序设计

4.5 系统通信模块软件设计

4.6 上位机设计

4.7 本章小结

5 电解吸垢系统的调试与实验

5.1 系统调试

5.2 实验过程

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录 电解吸垢系统电路原理图

致谢

攻读硕士期间主要成果

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