燃气红外辐射加热技术
来源：中国工程机械银网 发布时间：2008-04-02
摘要：介绍红外的物理特征、红外辐射加热的优点及加热量计算方法，燃气红外辐射加热技术在沥青路面预防性养护和维修性养护作业中的应用。
关键词：红外线燃气辐射加热沥青路面养护
1、前言
红外辐射加热技术最早出现在美国。20世纪70年代中期，为了进行航天飞机返回大气层时与空气摩擦产生高温的实验，红外辐射加热技术被用来模拟航天飞机表面温度在-273℃低温迅速升高到1800℃高温的过程。20世纪90年代初，该技术不断向民用领域扩散，陆续应用于涂装、印刷、化工、食品等行业。最近几年，随着红外辐射加热技术的优点逐步被人们认识和红外加热器的制造水平的日益提高，使以燃气为能源的红外辐射加热技术开始应用于沥青路面养护作业中。
红外辐射(俗称红外线)是一种电磁波，它和可见光、紫外线、x射线以及微波、无线电一样，既具有波动性又具有粒子性，传播速度约为324m/s，可以在真空中传播，也可以在介质中传播，具有直射、折射、反射、干涉、衍射等物理现象。红外辐射的波长约为0.75~1000um(比红光波长要长，故称为红外线)。
燃气(如液化气等)预混合后在一定条件下进行无焰燃烧，燃后产生红外辐射，满足各种加热的需要。近几年来在我国，燃气红外辐射加热器越来越多地应用于沥青路面的养护作业，即为其中突出的一例。实践证明，它比传统的对流加热具有投资省、启动快、效率高、污染少等优点。
常用的燃气红外辐射加热器有金属网辐射器和多孔陶瓷板辐射器两种，目前国际上大力发展各种优质陶瓷板燃气辐射器，它具有燃烧均匀、辐射波长和不易回火等优点。我国某高校研究所采用一种全新的干法成型工艺，研制x型复合层多孔陶瓷板燃气辐射器，其技术性能明显优于金属网燃气辐射器。例如：具有该发射率表面层，使辐射能力提高；机械强度和抗热震性能较好，能长期承受冷热急变而不损坏；燃烧的稳定性和完全度好，烟气中co浓度低于40ppm，可以称为清洁的绿色燃烧装置。
2、燃气红外辐射加热热量计算
现以沥青路面主题材料——沥青混合料为例，介绍燃气红外辐射加热(器)的热量计算。
沥青混合料加热升温所需要的热量主要分为三部分：沥青混合料升温所需要的热量、料箱的散热损失及沥青混合料中所含水分汽化所需要的热量。即总加热量q总的计算公式为
q总＝q升+q散＋q汽kj(1)
式中q升为沥青混合料升温所需要的热量；
q散为料箱的散热损失；
q汽为水分汽化所需要的热量。
2.1沥青混合料升温所需的热量q升为
q升＝mλ(t2－t1)kj(2)
式中m——沥青混合料的质量，kg；
λ——材料的质量热容，kj/(kg?k)；
t2——混合料所要达到的温度，k；
t1——初始温度，k，一般取当地冬天的平均气温为初始温度。
2.2料箱的散热损失
沥青混合料的加热是靠料箱周边的若干个加热器来完成的，沥青混合料的热量是从箱盖及两个端面散热，其散热损失量为
q散＝q盖＋q端kj(3)
式中q盖——料箱盖散热量；
q端——料箱两个端面的散热量；
q盖=k(t3－t1)a盖τkj(4)
式中k——总传热系数，kj/(m2?k?h)；
t3——料箱的平均温度，k；
a盖——箱盖散热面积，m2；
τ——散热时间，h，也是加热时间一般视工作需要而定，若是夜间加热，取10—12h；
k＝1/r，kj/(m2?k?h)(5)
式中r——隔热层热阻，(m2?k?h)kj
2.3水分汽化所需的热量
水汽化所需的热量分为两部分，一部分是水从初始温度加热到100℃所需要的热量；另一部分分是水从液态变为气态所需要的热量。在前面计算q升时，其质量已经包含了水的质量，这里不再计算，只计算水从液态变为气态所需要的热量即可。
q汽＝m水lkj(6)
式中m水——混合料中所含水量的质量，kg；
l——水的汽化热，270kj/kg；
2.4加热器应发出的热量
如前所述，加热器所供应的热量主要用于三个方面，一是沥青混合料的升温q升，二是加热器的散热损失q散，三是空气流动所带来的热量损失q空。在前面的计算中，已经计算了混合料的升温，而加热器的散热损失q散按照式(3)进行计算即可，在这里只计算空气流动所带来的热量损失。
把空气从初始温度t1加热到一定温度tf所需的热量为
q空＝vρλ(tf－t1)kj(7)
式中ρ——空气密度，kg/m3；
λ——空气的质量热容，kj/(kg?k)
因此，加热器应发出的热量为：
q加＝k(q总＋q散＋q空)kj(8)
式中k为系数，取1.2~1.5。
3、燃气红外辐射加热的特点
燃气红外辐射加热比传统的对流加热具有加热速率高、时间短等特点。依业界经验和分析，燃气红外辐射加热有如下特点。
(1)具有较强的穿透能力，使被加热物体的表层和内部同时被加热，且温度均匀。
(2)直接辐射加热，不需要热传介质的传递，故加热效率较高。
(3)可部分加热，减少对不需加热的物体加热，可节省能源。
(4)单位面积内的热传输量大，使燃气红外辐射加热器结构紧凑、制造、安装和维修等均简单容易。
(5)加热过程清洁，无尘埃粘附在物体表面，成为很好的无污染加热装置。
(6)温度控制容易，加热器的启动和停止等操作极为简便，且安全性较好。
4、燃气红外辐射加热在沥青路面养护中的应用
沥青路面养护工程大体上分为裂纹修复、坑槽维修、拥包铣削、车辙填补等几类。对于沥青路面的裂纹、坑槽等早期损伤，利用燃气红外辐射加热技术均可收到极好的效果。
4.1裂纹的修复
利用燃气红外辐射加热器顺着裂纹对沥青路面加热(视裂纹程度确定加热时间)，自然温度在15~20℃时加热1~2mm，使沥青路面温度达到110℃以上，然后用轻型压路机碾压，直到裂纹消失为止。
对于网纹(龟裂)病害的沥青路面，先清扫路面，然后利用燃气红外辐射加热器对其进行局部加热，视需要在其上添加热沥青混合料，最后用压路机碾压成型。
4.2坑槽的修复
对于路基完好、仅路面面层出现坑槽的沥青路面，首先把坑槽损坏的部分清除，然后填入冷沥青混合料。利用燃气红外辐射加热将其加热至130~150℃，随后用压路机碾压即可修复。超过4cm的坑槽应分层填料、分层加热、分层压实。
此外，目前我国大工程量的沥青路面养护工程大都采用冷铣刨工艺，沥青路面被铣刨后会使原有的沥青路边缘铣切整齐，露出坚硬的垂直边缘，虽然在施工时在接茬处均匀地涂刷了一层粘结沥青，但由于冷接缝仍然难以保证新旧沥青混合料的有效结合。利用燃气红外辐射加热器在切缝处进行加热，可确保切缝质量。同理，利用燃气红外辐射加热器可提高沥青路面的拥包铣削、车辙填补等养护施工质量。
5、结束语
燃气红外辐射加热技术在我国的沥青路面养护工程中虽然刚开始应用，但业已显示出许多可贵的优点，有效地提高了沥青路面的养护质量，创造了良好的经济效益和社会效益，但由于该项技术的使用时间不长，缺少经验，需要认真的总结和推广。