红外快速加热技术及应用-沥青加热

导读: 短波红外加热技术具有高效、清洁、安全、控制精度高、占地少及操作维护简便等特点，因此其在板钢生产线上的应用有逐步扩大的趋势。

对于电力资源丰富、而燃气所缺乏的企业，要进行普通产品的加热干燥生产，短波红外加热技术显然应是首选。

而对于空间狭窄的老机组的改造，短波红外加热技术更能体现“即插即用”的优势。

关键字短波红外加热连续板钢生产线红外光谱短波红外加热技术具有高效、清洁、安全、控制精度高、占地少及操作维护简便等特点，因此其在板钢生产线上的应用有逐步扩大的趋势。

对于电力资源丰富、而燃气所缺乏的企业，要进行普通产品的加热干燥生产，短波红外加热技术显然应是首选。

而对于空间狭窄的老机组的改造，短波红外加热技术更能体现“即插即用”的优势。

工业应用的红外光谱波长范围一般是0.7～10μm，而对于高速、连续的板钢涂层生产线，通常采用0.7～2.0μm红外波段，即短波红外波段。

红外加热与传统热风加热最大的区别是，红外线有很强的穿透性，可同时被涂层内部的颗粒和涂层基体吸收，从内到外或同步地加热涂层；传统热风加热首先从涂层表面加热，逐步向内热传导。

红外加热的这种加热模式，使得涂层溶剂充分快速挥发，避免涂层出现气泡、起壳或褶皱现象。

而红外波长越短，穿透力越强，加热速度越快。

短波红外加热采用钨丝灯管，热容量低，设备启动后，能在毫秒级时间内达到80%的能量输出，几秒钟内达到100%的能量输出，同样生产线停机后或在涂层产品向非涂层产品切换时，能在瞬间停止能量输出，因此具有很高的热响应速度，确保了系统的即开即用、即关即停，避免能量的无效投入。

系统热响应可达数分钟。

传统的热风加热系统，热响应时间则更长，且机组短时停机时，传统加热各级系统通常要持续运行。

短波红外热系统加热温度高，如常用的石英灯，最高温度可在2200℃以上。

根据维恩定律和普朗克定律，温度越高，红外波长越短，红外辐射的能量密度，加热效率越高。

如热源温度为2000℃时，产生的短波红外波长约1.3μm，而热源温度为550℃左右时，波长约3.5μm。

短波红外加热系统可实无级控制，由于采用可控硅控制系统，当生产线速度、产品规格以及涂层品种变化时，可很方便地及时进行调整控制，保证干燥温度的稳定。

短波红外加热系统最高可达到15.5W/cm2的能量密度，而传统热风系只有1.86W/cm2左右的能量量密度，因此红外线加热系统的加热速度远高于传统热风系统，涂层干燥可在数秒时间内完成。

如传统的彩色涂层机组的热风炉长达50m，而某新机组采用的短波红外干燥炉长度只有5m左右。

短波红外系统可采用水平布置和垂直布置，节省设备空间。

摘要针对益阳邓石桥沥青油场及各公路站沥青加热尚待解决的技术经济问题，结合对湘潭公路机械厂生产的超导沥青加热罐的试用与对相关沥青油场的学习考察，本文介绍了超导热管技术与超导加热沥青罐的主要特点，分析了对沥青加热设施进行技术改造的必要性、紧迫性和可行性，提出了对沥青供应站及公路站沥青加热设施进行技术改造的基本设想和应该综合考虑的几个问题。

随着科学技术的不断进步，沥青加热经历了柴〈煤〉炉灶明火、重燃油、燃气、太阳能、远红外辐射、中压水载体、导热油载体等不同形式的不同阶段，但对其能源消耗、沥青质量、劳动强度、环保要求及设备的一次性投入与维修费用等问题，始终未能达成完美的统一。

尤其是县〈市、区〉公路管理局下属的公路站的沥青加热，基本上还是砖砌油池、铁锅明火直接外部加热，开口铁桶接油上路施工，油温低了再用明火升温。

这种极为原始的加热方式，几十年几乎没有任何改变。

作为公路技术工作者，对此问题应引起深思。

1 正视沥青加热的技术经济问题沥青加热是沥青路面施工、养护的一个重要环节，它既制约着公路施工、养护的质量，也影响着公路施工、养护的成本，还与养路工人的劳动强度、施工环境及周边生态环境密切相关。

几十年来，广大公路科技工作者与相关专家、学者，围绕这一问题作出了不懈的努力。

益阳市公路管理局依托省局的大力支持，分阶段地对所属邓石桥沥青油场进行了多次技术改造，每次均不同程度地收到了可观的社会、经济效益。

邓石桥油场技术改造所经历的几个主要阶段及尚需解决的主要技术经济问题，可归纳为如下几个方面：1)20世纪60年代，随着沥青路面的兴建，益阳市于1964年建立邓石桥沥青油场。

下属各公路管养单位也相继建成规模不一的沥青油场。

这些油场全部采用砖砌油池、土灶铁锅外部加热，沥青从砖池到铁锅，基本上由人工用半节开口铁桶转送。

这种方式加热沥青能耗大、损耗大、工人劳动强度大、工作条件差、生产成本高、环境污染严重，但加热设施的一次性投入不大。

每年公路大中修、新改建等均需要大量沥青，高温季节里沥青油场浓烟滚滚，臭气难闻，伤害人畜庄稼，附近居民怨声载道，并常常因此发生纠纷。

这种明火外部加热沥青的方法，一直延续到上世纪80 年代;而公路小修用沥青的加热，由于受公路基础设施投入不足等诸多因素的影响，至今尚无大的改变。

2)1983年6月，成立“邓石桥沥青油场改造课题组”，着手对其进行研究和改进，至1984年8月建成利用太阳能、远红外综合加热沥青的炼油场。

该油场设太阳能石砌油池4座，采光面积428. 5平方米，沥青储量1100多吨；沥青熬炼车间一个，内设容量5吨的远红外加热油锅5口，装机总功率240千瓦。

同时，配套建成了乳化沥青生产线和沥青试验室，做到了沥青储存、加热、化验、出油等设备基本配套成龙。

从太阳能油池到加热油锅、成品油出锅，形成了一条全新工艺的生产线。

改变了以往价格高、油质差、肮脏、笨重的老工艺，实现了低耗、物美、清洁、文明的改造目标。

存在的主要问题是：①远红外电热管工作时表面温度在350℃以上，高温金属管表面在向沥青传热的过程中，对“沥青质”的损失较为严重，沥青加热(特别是重复加温)后其针入度增加3%左右。

② 高温金属管与沥青接触，导致沥青在熬炼过程中自燃起火，安全生产存在严重隐患。

③电能消耗大，热效率低，电热管质量难过关，维修拆换困难。

同时，维修费等费用一度增至12元/吨，加热能耗成本增至120元/吨(1997年)。

3)1998年，益阳市公路管理局投入90多万元,采用中压水载体加热技术，取代了邓石桥油场的远红外电热管加热系统。

一方面使沥青的熬炼质量得以保证，另一方面将熬炼成本降低，较改造前每吨节约近70元,6年共节约近100万元，通过节约收回了技术改造的全部投资。

但是，由于燃煤价格的上涨，熬炼沥青的煤电消耗由1998年的50元/吨涨至2003年的66元/吨、2004年达80 元/吨左右。

同时，中压水锅炉及管系的检测、维修频率高，稍有不慎，将有引发锅炉爆裂的危险，安全生产仍然存在隐患。

目前已有中压水锅炉爆裂的先例，也有油场在对中压水载体加热试用一年后，被迫改为导热油载体加热。

另外，邓石桥油场的石砌太阳能油池已使用多年，漏油渗水严重，增加了沥青熬炼的能耗与损耗。

而且，该油场只能生产热沥青，乳化沥青设备也已陈旧，沥青化验室破旧不堪，改性沥青等的生产更是空白。

再一次对邓石桥油场进行技术改造，或另行择址新建一个具有多种沥青产品加工、化验、经营等功能的现代化沥青供应站，已迫在眉睫。

4)带着上述问题，我们于2004年8月到相关市局沥青油场进行了学习、考察，各沥青油场近期技术改造的基本情况如下:上述沥青油场的主要特点是：①新技术、新材料、新工艺在沥青加热中的应用速度快、投资大；②沥青加热智能化，文明生产程度高；③沥青接卸、熬炼及乳化沥青、改性沥青的生产综合考虑，形成了一体化模式；④ 铁路接线通向油场或附近，规划长远，后劲十足；⑤沥青场建设资金筹措渠道多元化，经营公司化，技术改造与公司股份制改造同步实施；⑥沥青场的生产向集约型转变，科技含量增加，劳动强度减小，生产工人已由原来的几十人减少至不足十人。

如油场甲，新择站址于207国道旁的高科工业园，征地30多亩，沥青专列直达油场，临街门面近百米，能进行多种沥青产品的系列加工和多元综合经营，前景十分可观。

5)目前，国内外沥青加热运用最为广泛是采用导热油载体和超导热管载体两种方式。

两者均能达到沥青熬炼的质量要求，其智能化及文明生产程度都较高。

他们的主要区别在于：导热油载体的热油需要电动泵将其向沥青循环泵送传热，超导热管则无需外加动力而可以高速无热阻传送热量；导热油需按期更换且价格较高，超导热管则使用寿命在10至15年左右，且价格便宜；导热油锅炉、管系庞大复杂，而超导热管加热技术结构组成简单、紧凑。

2 超导热管加热沥青前景十分广阔2.1 超导热管简介超导热管又称介质导热管，是近几年发展起来的一种新型热传导元件。

其加热原理是在密闭的金属管内填入一种特殊的介质，该介质载热量大，受热后立即产生高能物理变化，并迅速传递热量。

超导热管技术的运用，打破了传统的以水、油为介质的传热方式，可将大量热量通过极小的截面积，实现远距离快速传输而无需外加动力，从而实现了高效、节能、低耗、环保的目的。

经有关专家测试，其传热速度可达80―100厘米/秒，是银、铜、铝等良导体的数千倍；传输过程几乎是等温传热，热损耗可以忽略不计，使用寿命高达数万小时;超导热管采用普通金属管材，管内介质价格非常低廉，制作十分简单。

近几年来，超导热管技术已在许多领域广泛应用，发展十分迅速，如智能型超导热管沥青加热罐等。

2.2 智能型超导热管沥青加热罐的主要特点超导热管沥青加热罐集沥青储存、加热、脱水、保温、输送于一体，可设计制造成卧式或立式金属罐。

卧式罐容量可为1.5 ―100m3不等，又可做成自行式、拖式或便移式；立式罐每个可做成50至数千m3。

热源可为燃油、燃气、燃煤等，加热方式为超导热管载体传热。

该罐既可用于固定的沥青供应站，又可用于沥青运输；既可进行批量生产，又可用于零星供应热沥青，使用、维修非常方便。

其主要特点是:1)结构紧凑。

集沥青储存、燃烧加热、脱水升温、输送、管系预热于一体，占地面积小;2)节约能源。

加热一吨沥青只需耗柴油10L或煤15kg左右;3)加热成本低。

加热一吨沥青约需燃料费30多元，批量生产及使用燃气、燃煤成本更低，且一次性投入也不是太大。

经市场调查，建一个50―100m3的便移式卧罐，只需投入16－22万元; 建一个1000m3立罐，也只需投入55万元左右，仅为导热油载体加热设备的60%左右，比中压水载体加热设备减少20%左右，3－ 5年内均可收回投资;4)沥青质量有保证。

罐中设罐，局部加热，可按需加热并输出高温沥青，不需整体反复加热；同时，采用螺旋泵双向循环扰动，避免了沥青的局部老化;5)管路简单且可完全内置罐内，传热面抗污垢能力强，使用寿命长;6)省时省工。

常温下使用该罐加热到150－－170℃的热沥青，仅需两小时左右，连续批量生产时每次所需的时间更短，并且沥青加热过程只需要一人观察仪表与简单操作;7)智能化控制。