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(duì)當(dāng)前環(huán)保形勢(shì)，在煤炭碼頭堆取裝單機(jī)安裝使用高壓霧炮，以應(yīng)對(duì)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?jī)H需傳統(tǒng)灑水量的兩到三成，且不會(huì)對(duì)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(yáng)的水滴在各環(huán)節(jié)形成保護(hù)屏障，減少揚(yáng)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(jī)風(fēng)道、管路等組成。每一組噴霧模組由一個(gè)環(huán)形噴圈組成，每個(gè)噴圈由10個(gè)噴嘴組成，對(duì)需要降塵的位置進(jìn)行有效降塵。現(xiàn)有霧炮噴頭的型號(hào)為1/4-LN-SS3，單臺(tái)霧炮噴嘴數(shù)量為10個(gè)，噴頭的長(zhǎng)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(jī)。環(huán)形噴圈一圈安裝有噴嘴，1臺(tái)霧炮噴圈含有10個(gè)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(shí)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(shí)，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(shí)霧炮泵頻繁損壞，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)造成嚴(yán)重影響，同時(shí)維修管路及泵站需要大量的維修費(fèi)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(cè)發(fā)熱流道的溫度，再通過計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理，輸出適當(dāng)?shù)谋壤娏髦担_(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(jī)、接線座和線纜等組成。溫控箱通過內(nèi)裝的溫控卡，檢測(cè)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(diǎn)的溫度保持穩(wěn)定。溫控箱采用先進(jìn)的微電腦控制技術(shù)，控制精度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(bào)警，能及時(shí)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(shí)現(xiàn)。本文裝置采用調(diào)功的方式實(shí)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(jī)的便捷性，自動(dòng)設(shè)定溫度值，如需改動(dòng)控制溫度值則需要手動(dòng)去調(diào)節(jié)。溫控箱顯示加熱器常見的故障診斷信號(hào)，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(bào)警等，實(shí)物如圖1所示。

3 加熱器

加熱的溫控裝置實(shí)現(xiàn)后，要對(duì)噴嘴加熱器自身進(jìn)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(gè)噴圈安裝噴頭10個(gè)。考慮到穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)噴嘴單獨(dú)加熱。一臺(tái)單機(jī)有3組霧炮，每組霧炮10個(gè)噴嘴，在實(shí)現(xiàn)單獨(dú)加熱的同時(shí)，要考慮線纜布置的便捷即集成性。同時(shí)要考慮現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境，對(duì)于振動(dòng)、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(jì)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(duì)物體進(jìn)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(duì)流或熱輻射等方式間接加熱目標(biāo)物體。本項(xiàng)目采用熱敏電阻間接加熱的形式，來實(shí)現(xiàn)對(duì)噴嘴進(jìn)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(duì)噴嘴全方位的徹底加熱。

（2）合理使用云母紙，設(shè)計(jì)制作耐火耐高溫的保護(hù)層。設(shè)計(jì)時(shí)考慮環(huán)形電阻加熱圈對(duì)孔內(nèi)的噴嘴進(jìn)行加熱，而向外不需要有熱量散發(fā)，同時(shí)考慮電阻加熱圈的加熱穩(wěn)定性及升溫?zé)嵝剩苊庖蚬收显斐杉訜崞鲗?duì)周圍設(shè)備設(shè)施的傷害，在電阻加熱圈的外層設(shè)計(jì)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(diǎn)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(qiáng)度大、電阻率高和介電常數(shù)均勻，耐熱等級(jí)高，可達(dá)到A級(jí)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(bǔ)強(qiáng)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(jì)增加不銹鋼的外層保護(hù)罩。考慮現(xiàn)場(chǎng)使用工況的惡劣，在加熱圈和云母紙外層，設(shè)計(jì)不銹鋼的防護(hù)罩，一方面防止現(xiàn)場(chǎng)水霧對(duì)加熱圈的破壞，另一方面增加加熱器的整體強(qiáng)度，防止外力傷害；不銹鋼的外層保護(hù)罩設(shè)計(jì)為全封閉式的。加熱圈的不銹鋼外層保護(hù)罩尺寸設(shè)計(jì)綜合考慮加熱器自身的性能，同時(shí)考慮安裝方便，現(xiàn)場(chǎng)使用中經(jīng)常要對(duì)噴嘴拆解下來進(jìn)行清理。

（4）設(shè)計(jì)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(jì)為Φ20 mm，制作時(shí)設(shè)計(jì)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(shí)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)及規(guī)范操作

為了驗(yàn)證熱流道全封閉式可視化界面溫控裝置的加熱精度，對(duì)加熱器設(shè)定5～400℃溫度區(qū)間，每隔5℃進(jìn)行一次設(shè)定，采集加熱器的實(shí)際溫度，通過計(jì)算得出設(shè)定溫度與實(shí)際測(cè)試溫度的偏差，利用MatLab軟件繪制曲線（圖3）。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)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(chǎng)使用需求，并且溫控精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，溫控裝置穩(wěn)定可靠。

圖3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試圖表

現(xiàn)場(chǎng)安裝之后，進(jìn)行了大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)設(shè)置溫度為60℃時(shí)，噴嘴實(shí)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(huì)加快噴嘴老化，同時(shí)對(duì)周圍的電氣線路也不會(huì)因高溫而產(chǎn)生安全隱患，實(shí)際可以在60℃左右使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

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(yùn)轉(zhuǎn)，滿足了冬季作業(yè)的環(huán)保要求。該裝置優(yōu)點(diǎn)很多：控制箱具有先進(jìn)的微電腦控制技術(shù)、低壓軟啟動(dòng)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(yùn)行時(shí)可以實(shí)時(shí)顯示設(shè)定溫度和實(shí)際溫度，方便司機(jī)觀察；故障狀態(tài)時(shí)，可以顯示故障代碼，方便維修；溫度傳感器可測(cè)溫度范圍廣，測(cè)量精度高；傳感器直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響，精度可達(dá)到±0.5%。