熱流道全封閉溫控裝置在環保設備的應用

蔣棟林

（秦皇島港股份有限公司第七港務分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

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

1 高壓霧炮技術

霧炮技術是通過高壓霧化系統和環形噴圈，在保溫伴熱作用下，將常態溶液霧化成10～150μm大小水滴顆粒，噴灑到最遠15 m的作業面，全域都被水霧包圍，微小飛揚的水滴在各環節形成保護屏障，減少揚塵的發生。高壓霧炮系統應用于冬季環保灑水設備，用水少，霧化效果好，有保溫伴熱提供保溫。

高壓霧炮系統主要由水箱、泵站系統、保溫伴熱系統、管路系統、控制系統以及噴霧模塊組成。噴霧模塊主要由固定基座、噴霧模組、風機風道、管路等組成。每一組噴霧模組由一個環形噴圈組成，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。現有霧炮噴頭的型號為1/4-LN-SS3，單臺霧炮噴嘴數量為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形噴圈，噴圈后安裝風機。環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量過多，保溫伴熱鋪設存在很大困難，保溫伴熱無法實現。在流程停止后霧炮也相應停止，噴嘴位置由于存有水量，導致噴嘴淤凍頻繁，當再次起流程開啟霧炮時，噴嘴無法正常噴霧，霧炮泵站憋壓嚴重，造成管路爆裂，嚴重時霧炮泵頻繁損壞，對生產作業造成嚴重影響，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，是一種連續不斷保持熱流道系統所需溫度的控制箱，探測發熱流道的溫度，再通過計算機內部的數據處理，輸出適當的比例電流值，達到控溫的目的。熱流道溫控器是一種控制熱流道系統內部溫度平衡的控制器，由溫控卡、空氣開關、箱體、風機、接線座和線纜等組成。溫控箱通過內裝的溫控卡，檢測熱流道系統所處的溫度，通過調節輸出功率，使目標點的溫度保持穩定。溫控箱采用先進的微電腦控制技術，控制精度根據現場使用需求設定為1℃，采用雙排LED顯示，具備多種故障狀態顯示報警，能及時發現問題所在。溫控箱的精確度、穩定性、使用壽命是衡量溫控箱的主要指標。

溫控箱的輸出調節可選用導通角相位角的調壓方式或采用調功方式實現。本文裝置采用調功的方式實現溫度的穩定控制，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，自動設定溫度值，如需改動控制溫度值則需要手動去調節。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后，要對噴嘴加熱器自身進行系統研究。噴霧模組的噴嘴在環形噴圈上均勻分布，1個噴圈安裝噴頭10個。考慮到穩定性，實現單獨噴嘴單獨加熱。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。同時要考慮現場使用環境，對于振動、噪聲、濕寒及粉塵環境，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，設計熱流道的電阻加熱圈。電阻加熱是利用電流流過導體的焦耳效應產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導電介質，使電熱元件首先發熱，利用電熱元件產生的熱量通過熱傳導、熱對流或熱輻射等方式間接加熱目標物體。本項目采用熱敏電阻間接加熱的形式，來實現對噴嘴進行加熱，考慮噴嘴的整體加熱型，將熱敏電阻制作成環形成螺紋狀的加熱器，將噴嘴置于環形管道內，熱敏電阻加熱后，在噴嘴的周圍形成熱流道，從而達到對噴嘴全方位的徹底加熱。

（2）合理使用云母紙，設計制作耐火耐高溫的保護層。設計時考慮環形電阻加熱圈對孔內的噴嘴進行加熱，而向外不需要有熱量散發，同時考慮電阻加熱圈的加熱穩定性及升溫熱效率，避免因故障造成加熱器對周圍設備設施的傷害，在電阻加熱圈的外層設計增加云母紙，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，耐高溫的性能合成云母帶也是最優的，不含結晶水，熔點能夠達到1375℃，安全裕度大。合成的云母帶不僅具有天然云母帶的特性，還具有膨脹系數小、介電強度大、電阻率高和介電常數均勻，耐熱等級高，可達到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）設計增加不銹鋼的外層保護罩。考慮現場使用工況的惡劣，在加熱圈和云母紙外層，設計不銹鋼的防護罩，一方面防止現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計為全封閉式的。加熱圈的不銹鋼外層保護罩尺寸設計綜合考慮加熱器自身的性能，同時考慮安裝方便，現場使用中經常要對噴嘴拆解下來進行清理。

（4）設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，加熱器的內徑設計為Φ20 mm，制作時設計配合公差，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 現場實驗及規范操作

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，對加熱器設定5～400℃溫度區間，每隔5℃進行一次設定，采集加熱器的實際溫度，通過計算得出設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，完全能夠滿足現場使用需求，并且溫控精度達到設計要求，溫控裝置穩定可靠。

圖3 實驗測試圖表

現場安裝之后，進行了大量現場實驗。當設置溫度為60℃時，噴嘴實際溫度在30～50℃，能夠充分滿足保溫效果。設定的溫度也適當，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生安全隱患，實際可以在60℃左右使用。

5 結束語

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，確保了冬季灑水設備的正常運轉，滿足了冬季作業的環保要求。該裝置優點很多：控制箱具有先進的微電腦控制技術、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定溫度和實際溫度，方便司機觀察；故障狀態時，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，不受中間介質的影響，精度可達到±0.5%。