熱流道全封閉溫控裝置在環(huán)保設(shè)備的應(yīng)用

蔣棟林

（秦皇島港股份有限公司第七港務(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

由于北方冬季寒冷，煤炭碼頭現(xiàn)有灑水設(shè)備在冬季極低溫度下，無法達(dá)到最大降塵效能，很大程度上影響了港區(qū)降塵工作。為了應(yīng)對當(dāng)前環(huán)保形勢，在煤炭碼頭堆取裝單機安裝使用高壓霧炮，以應(yīng)對冬季環(huán)保降塵需求。霧炮口徑較大，其覆蓋范圍和抑塵率比傳統(tǒng)方式高出許多倍，但其噴灑的水量僅需傳統(tǒng)灑水量的兩到三成，且不會對煤質(zhì)造成任何影響，既提升了抑塵效果，又提高了工作效率。

1 高壓霧炮技術(shù)

霧炮技術(shù)是通過高壓霧化系統(tǒng)和環(huán)形噴圈，在保溫伴熱作用下，將常態(tài)溶液霧化成10～150μm大小水滴顆粒，噴灑到最遠(yuǎn)15 m的作業(yè)面，全域都被水霧包圍，微小飛揚的水滴在各環(huán)節(jié)形成保護屏障，減少揚塵的發(fā)生。高壓霧炮系統(tǒng)應(yīng)用于冬季環(huán)保灑水設(shè)備，用水少，霧化效果好，有保溫伴熱提供保溫。

高壓霧炮系統(tǒng)主要由水箱、泵站系統(tǒng)、保溫伴熱系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及噴霧模塊組成。噴霧模塊主要由固定基座、噴霧模組、風(fēng)機風(fēng)道、管路等組成。每一組噴霧模組由一個環(huán)形噴圈組成，每個噴圈由10個噴嘴組成，對需要降塵的位置進行有效降塵。現(xiàn)有霧炮噴頭的型號為1/4-LN-SS3，單臺霧炮噴嘴數(shù)量為10個，噴頭的長度為30 mm、外徑為19.5 mm，噴嘴接口螺紋為G1/4內(nèi)螺紋。

在使用中遇到一些問題，如噴嘴防凍等。高壓霧炮的霧炮單元是一組環(huán)形噴圈，噴圈后安裝風(fēng)機。環(huán)形噴圈一圈安裝有噴嘴，1臺霧炮噴圈含有10個噴嘴。噴嘴位置由于位置空間及噴嘴數(shù)量過多，保溫伴熱鋪設(shè)存在很大困難，保溫伴熱無法實現(xiàn)。在流程停止后霧炮也相應(yīng)停止，噴嘴位置由于存有水量，導(dǎo)致噴嘴淤凍頻繁，當(dāng)再次起流程開啟霧炮時，噴嘴無法正常噴霧，霧炮泵站憋壓嚴(yán)重，造成管路爆裂，嚴(yán)重時霧炮泵頻繁損壞，對生產(chǎn)作業(yè)造成嚴(yán)重影響，同時維修管路及泵站需要大量的維修費用及人力。

2 熱流道溫控箱

熱流道溫控箱即熱流道溫控器，是一種連續(xù)不斷保持熱流道系統(tǒng)所需溫度的控制箱，探測發(fā)熱流道的溫度，再通過計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理，輸出適當(dāng)?shù)谋壤娏髦?，達(dá)到控溫的目的。熱流道溫控器是一種控制熱流道系統(tǒng)內(nèi)部溫度平衡的控制器，由溫控卡、空氣開關(guān)、箱體、風(fēng)機、接線座和線纜等組成。溫控箱通過內(nèi)裝的溫控卡，檢測熱流道系統(tǒng)所處的溫度，通過調(diào)節(jié)輸出功率，使目標(biāo)點的溫度保持穩(wěn)定。溫控箱采用先進的微電腦控制技術(shù)，控制精度根據(jù)現(xiàn)場使用需求設(shè)定為1℃，采用雙排LED顯示，具備多種故障狀態(tài)顯示報警，能及時發(fā)現(xiàn)問題所在。溫控箱的精確度、穩(wěn)定性、使用壽命是衡量溫控箱的主要指標(biāo)。

溫控箱的輸出調(diào)節(jié)可選用導(dǎo)通角相位角的調(diào)壓方式或采用調(diào)功方式實現(xiàn)。本文裝置采用調(diào)功的方式實現(xiàn)溫度的穩(wěn)定控制，溫控箱的溫度采集裝置采用K型熱電偶。加熱器用于噴嘴加熱，溫度范圍不必過于廣泛，一般在200℃以內(nèi)即可滿足使用，在1000℃以下一般采用K型熱電偶比較適宜。

操作模式為了司機的便捷性，自動設(shè)定溫度值，如需改動控制溫度值則需要手動去調(diào)節(jié)。溫控箱顯示加熱器常見的故障診斷信號，如熱電偶斷路、熱電偶反接、加熱線斷開、溫度過高和過低的報警等，實物如圖1所示。

3 加熱器

加熱的溫控裝置實現(xiàn)后，要對噴嘴加熱器自身進行系統(tǒng)研究。噴霧模組的噴嘴在環(huán)形噴圈上均勻分布，1個噴圈安裝噴頭10個?？紤]到穩(wěn)定性，實現(xiàn)單獨噴嘴單獨加熱。一臺單機有3組霧炮，每組霧炮10個噴嘴，在實現(xiàn)單獨加熱的同時，要考慮線纜布置的便捷即集成性。同時要考慮現(xiàn)場使用環(huán)境，對于振動、噪聲、濕寒及粉塵環(huán)境，加熱器要具有足夠的能力去抵抗。綜合分析，采用全封閉式的熱流道加熱器。

（1）采用熱敏電阻加熱，設(shè)計熱流道的電阻加熱圈。電阻加熱是利用電流流過導(dǎo)體的焦耳效應(yīng)產(chǎn)生的熱能對物體進行的電加熱。電阻加熱可分為間接電阻加熱和直接電阻加熱兩大類。間接電阻加熱是讓電流通過電熱元件或?qū)щ娊橘|(zhì)，使電熱元件首先發(fā)熱，利用電熱元件產(chǎn)生的熱量通過熱傳導(dǎo)、熱對流或熱輻射等方式間接加熱目標(biāo)物體。本項目采用熱敏電阻間接加熱的形式，來實現(xiàn)對噴嘴進行加熱，考慮噴嘴的整體加熱型，將熱敏電阻制作成環(huán)形成螺紋狀的加熱器，將噴嘴置于環(huán)形管道內(nèi)，熱敏電阻加熱后，在噴嘴的周圍形成熱流道，從而達(dá)到對噴嘴全方位的徹底加熱。

（2）合理使用云母紙，設(shè)計制作耐火耐高溫的保護層。設(shè)計時考慮環(huán)形電阻加熱圈對孔內(nèi)的噴嘴進行加熱，而向外不需要有熱量散發(fā)，同時考慮電阻加熱圈的加熱穩(wěn)定性及升溫?zé)嵝?，避免因故障造成加熱器對周圍設(shè)備設(shè)施的傷害，在電阻加熱圈的外層設(shè)計增加云母紙，即云母帶。采用電纜專用的雙面合成云母帶，提高加熱圈的耐燃燒和耐高溫性能。常溫和高溫下的絕緣性能，合成云母帶最優(yōu)，耐高溫的性能合成云母帶也是最優(yōu)的，不含結(jié)晶水，熔點能夠達(dá)到1375℃，安全裕度大。合成的云母帶不僅具有天然云母帶的特性，還具有膨脹系數(shù)小、介電強度大、電阻率高和介電常數(shù)均勻，耐熱等級高，可達(dá)到A級耐高溫水平（950～1000℃）。雙面云母帶則是以合成云母帶為基材，用玻纖布作雙面補強材料，用硅樹脂粘合劑粘合，是制造耐火型電線電纜最理想的首選材料。

（3）設(shè)計增加不銹鋼的外層保護罩?？紤]現(xiàn)場使用工況的惡劣，在加熱圈和云母紙外層，設(shè)計不銹鋼的防護罩，一方面防止現(xiàn)場水霧對加熱圈的破壞，另一方面增加加熱器的整體強度，防止外力傷害；不銹鋼的外層保護罩設(shè)計為全封閉式的。加熱圈的不銹鋼外層保護罩尺寸設(shè)計綜合考慮加熱器自身的性能，同時考慮安裝方便，現(xiàn)場使用中經(jīng)常要對噴嘴拆解下來進行清理。

（4）設(shè)計加熱器的尺寸與噴嘴做配合安裝，噴嘴的外型最大尺寸為Φ20 mm，加熱器的內(nèi)徑設(shè)計為Φ20 mm，制作時設(shè)計配合公差，按間隙配合制作，確保加熱器固定不受影響的前提下，減少安裝時間。加熱器的三維模型如圖2所示。

圖2 加熱器三維模型

4 現(xiàn)場實驗及規(guī)范操作

為了驗證熱流道全封閉式可視化界面溫控裝置的加熱精度，對加熱器設(shè)定5～400℃溫度區(qū)間，每隔5℃進行一次設(shè)定，采集加熱器的實際溫度，通過計算得出設(shè)定溫度與實際測試溫度的偏差，利用MatLab軟件繪制曲線（圖3）。通過實驗測試，熱流道全封閉式可視化界面溫控裝置，完全能夠滿足現(xiàn)場使用需求，并且溫控精度達(dá)到設(shè)計要求，溫控裝置穩(wěn)定可靠。

圖3 實驗測試圖表

現(xiàn)場安裝之后，進行了大量現(xiàn)場實驗。當(dāng)設(shè)置溫度為60℃時，噴嘴實際溫度在30～50℃，能夠充分滿足保溫效果。設(shè)定的溫度也適當(dāng)，不會加快噴嘴老化，同時對周圍的電氣線路也不會因高溫而產(chǎn)生安全隱患，實際可以在60℃左右使用。

5 結(jié)束語

裝置投用后，解決了冬季低溫情況下霧炮噴嘴上凍的問題，提高了霧炮使用率，確保了冬季灑水設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，滿足了冬季作業(yè)的環(huán)保要求。該裝置優(yōu)點很多：控制箱具有先進的微電腦控制技術(shù)、低壓軟啟動除濕功能和PID（Proportional-Integral-Derivative，比例-積分-微分）智能控制功能；可視化程度高，正常運行時可以實時顯示設(shè)定溫度和實際溫度，方便司機觀察；故障狀態(tài)時，可以顯示故障代碼，方便維修；溫度傳感器可測溫度范圍廣，測量精度高；傳感器直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響，精度可達(dá)到±0.5%。