热流道全封闭温控装置在环保设备的应用

蒋栋林

（秦皇岛港股份有限公司第七港务分公司，河北秦皇岛 066000）

0 引言

由于北方冬季寒冷，煤炭码头现有洒水设备在冬季极低温度下，无法达到最大降尘效能，很大程度上影响了港区降尘工作。为了应对当前环保形势，在煤炭码头堆取装单机安装使用高压雾炮，以应对冬季环保降尘需求。雾炮口径较大，其覆盖范围和抑尘率比传统方式高出许多倍，但其喷洒的水量仅需传统洒水量的两到三成，且不会对煤质造成任何影响，既提升了抑尘效果，又提高了工作效率。

1 高压雾炮技术

雾炮技术是通过高压雾化系统和环形喷圈，在保温伴热作用下，将常态溶液雾化成10～150μm大小水滴颗粒，喷洒到最远15 m的作业面，全域都被水雾包围，微小飞扬的水滴在各环节形成保护屏障，减少扬尘的发生。高压雾炮系统应用于冬季环保洒水设备，用水少，雾化效果好，有保温伴热提供保温。

高压雾炮系统主要由水箱、泵站系统、保温伴热系统、管路系统、控制系统以及喷雾模块组成。喷雾模块主要由固定基座、喷雾模组、风机风道、管路等组成。每一组喷雾模组由一个环形喷圈组成，每个喷圈由10个喷嘴组成，对需要降尘的位置进行有效降尘。现有雾炮喷头的型号为1/4-LN-SS3，单台雾炮喷嘴数量为10个，喷头的长度为30 mm、外径为19.5 mm，喷嘴接口螺纹为G1/4内螺纹。

在使用中遇到一些问题，如喷嘴防冻等。高压雾炮的雾炮单元是一组环形喷圈，喷圈后安装风机。环形喷圈一圈安装有喷嘴，1台雾炮喷圈含有10个喷嘴。喷嘴位置由于位置空间及喷嘴数量过多，保温伴热铺设存在很大困难，保温伴热无法实现。在流程停止后雾炮也相应停止，喷嘴位置由于存有水量，导致喷嘴淤冻频繁，当再次起流程开启雾炮时，喷嘴无法正常喷雾，雾炮泵站憋压严重，造成管路爆裂，严重时雾炮泵频繁损坏，对生产作业造成严重影响，同时维修管路及泵站需要大量的维修费用及人力。

2 热流道温控箱

热流道温控箱即热流道温控器，是一种连续不断保持热流道系统所需温度的控制箱，探测发热流道的温度，再通过计算机内部的数据处理，输出适当的比例电流值，达到控温的目的。热流道温控器是一种控制热流道系统内部温度平衡的控制器，由温控卡、空气开关、箱体、风机、接线座和线缆等组成。温控箱通过内装的温控卡，检测热流道系统所处的温度，通过调节输出功率，使目标点的温度保持稳定。温控箱采用先进的微电脑控制技术，控制精度根据现场使用需求设定为1℃，采用双排LED显示，具备多种故障状态显示报警，能及时发现问题所在。温控箱的精确度、稳定性、使用寿命是衡量温控箱的主要指标。

温控箱的输出调节可选用导通角相位角的调压方式或采用调功方式实现。本文装置采用调功的方式实现温度的稳定控制，温控箱的温度采集装置采用K型热电偶。加热器用于喷嘴加热，温度范围不必过于广泛，一般在200℃以内即可满足使用，在1000℃以下一般采用K型热电偶比较适宜。

操作模式为了司机的便捷性，自动设定温度值，如需改动控制温度值则需要手动去调节。温控箱显示加热器常见的故障诊断信号，如热电偶断路、热电偶反接、加热线断开、温度过高和过低的报警等，实物如图1所示。

3 加热器

加热的温控装置实现后，要对喷嘴加热器自身进行系统研究。喷雾模组的喷嘴在环形喷圈上均匀分布，1个喷圈安装喷头10个。考虑到稳定性，实现单独喷嘴单独加热。一台单机有3组雾炮，每组雾炮10个喷嘴，在实现单独加热的同时，要考虑线缆布置的便捷即集成性。同时要考虑现场使用环境，对于振动、噪声、湿寒及粉尘环境，加热器要具有足够的能力去抵抗。综合分析，采用全封闭式的热流道加热器。

（1）采用热敏电阻加热，设计热流道的电阻加热圈。电阻加热是利用电流流过导体的焦耳效应产生的热能对物体进行的电加热。电阻加热可分为间接电阻加热和直接电阻加热两大类。间接电阻加热是让电流通过电热元件或导电介质，使电热元件首先发热，利用电热元件产生的热量通过热传导、热对流或热辐射等方式间接加热目标物体。本项目采用热敏电阻间接加热的形式，来实现对喷嘴进行加热，考虑喷嘴的整体加热型，将热敏电阻制作成环形成螺纹状的加热器，将喷嘴置于环形管道内，热敏电阻加热后，在喷嘴的周围形成热流道，从而达到对喷嘴全方位的彻底加热。

（2）合理使用云母纸，设计制作耐火耐高温的保护层。设计时考虑环形电阻加热圈对孔内的喷嘴进行加热，而向外不需要有热量散发，同时考虑电阻加热圈的加热稳定性及升温热效率，避免因故障造成加热器对周围设备设施的伤害，在电阻加热圈的外层设计增加云母纸，即云母带。采用电缆专用的双面合成云母带，提高加热圈的耐燃烧和耐高温性能。常温和高温下的绝缘性能，合成云母带最优，耐高温的性能合成云母带也是最优的，不含结晶水，熔点能够达到1375℃，安全裕度大。合成的云母带不仅具有天然云母带的特性，还具有膨胀系数小、介电强度大、电阻率高和介电常数均匀，耐热等级高，可达到A级耐高温水平（950～1000℃）。双面云母带则是以合成云母带为基材，用玻纤布作双面补强材料，用硅树脂粘合剂粘合，是制造耐火型电线电缆最理想的首选材料。

（3）设计增加不锈钢的外层保护罩。考虑现场使用工况的恶劣，在加热圈和云母纸外层，设计不锈钢的防护罩，一方面防止现场水雾对加热圈的破坏，另一方面增加加热器的整体强度，防止外力伤害；不锈钢的外层保护罩设计为全封闭式的。加热圈的不锈钢外层保护罩尺寸设计综合考虑加热器自身的性能，同时考虑安装方便，现场使用中经常要对喷嘴拆解下来进行清理。

（4）设计加热器的尺寸与喷嘴做配合安装，喷嘴的外型最大尺寸为Φ20 mm，加热器的内径设计为Φ20 mm，制作时设计配合公差，按间隙配合制作，确保加热器固定不受影响的前提下，减少安装时间。加热器的三维模型如图2所示。

图2 加热器三维模型

4 现场实验及规范操作

为了验证热流道全封闭式可视化界面温控装置的加热精度，对加热器设定5～400℃温度区间，每隔5℃进行一次设定，采集加热器的实际温度，通过计算得出设定温度与实际测试温度的偏差，利用MatLab软件绘制曲线（图3）。通过实验测试，热流道全封闭式可视化界面温控装置，完全能够满足现场使用需求，并且温控精度达到设计要求，温控装置稳定可靠。

图3 实验测试图表

现场安装之后，进行了大量现场实验。当设置温度为60℃时，喷嘴实际温度在30～50℃，能够充分满足保温效果。设定的温度也适当，不会加快喷嘴老化，同时对周围的电气线路也不会因高温而产生安全隐患，实际可以在60℃左右使用。

5 结束语

装置投用后，解决了冬季低温情况下雾炮喷嘴上冻的问题，提高了雾炮使用率，确保了冬季洒水设备的正常运转，满足了冬季作业的环保要求。该装置优点很多：控制箱具有先进的微电脑控制技术、低压软启动除湿功能和PID（Proportional-Integral-Derivative，比例-积分-微分）智能控制功能；可视化程度高，正常运行时可以实时显示设定温度和实际温度，方便司机观察；故障状态时，可以显示故障代码，方便维修；温度传感器可测温度范围广，测量精度高；传感器直接与被测对象接触，不受中间介质的影响，精度可达到±0.5%。