砂石骨料烘干設(shè)備節(jié)能降耗分析及控制

侯建強(qiáng)，楊森

（福建南方路面機(jī)械有限公司，福建 泉州 362021）

瀝青攪拌設(shè)備為生產(chǎn)瀝青混合料的專用設(shè)備，生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的能耗可謂巨大。其中，能耗主要有兩方面，電能損耗和熱能損耗，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)及計(jì)算，熱能損耗占比稍高一點(diǎn)。電能損耗存在于每一個(gè)部件中，在此不做贅述。而熱能損耗作為生產(chǎn)過(guò)程中耗能最大，污染最嚴(yán)重的模塊，受到大家廣泛的重視。干燥滾筒作為烘干骨料的主要設(shè)備，如何在生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)能降耗，成為目前發(fā)展可持續(xù)綠色瀝青攪拌站的關(guān)鍵點(diǎn)。干燥滾筒在烘干過(guò)程中，從前端的上料，內(nèi)部的干燥以及后面的出料和除塵，形成烘干熱系統(tǒng)，如圖1所示，其主要受以下幾方面的影響：原材料屬性，保溫性能，密封性能以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。通過(guò)控制這幾個(gè)因素達(dá)到最佳運(yùn)行工況，從而達(dá)到骨料烘干設(shè)備的節(jié)能降耗。

1 原材料屬性

原材料一般指瀝青混合料中的砂石骨料。根據(jù)來(lái)源不同，主要有河砂、海砂、機(jī)制砂、尾礦砂等幾種形式，導(dǎo)致原材料的物理及化學(xué)屬性各有不同。一般而言，主要通過(guò)粒形、級(jí)配和含水率三個(gè)方面來(lái)判斷原材料好壞。

1.1 粒形

粒形指骨料的幾何形狀。一般按形狀主要分為圓形、不規(guī)則型、片狀、角狀及細(xì)長(zhǎng)型，主要影響骨料的堆積密度，孔隙率等，對(duì)滾筒而言，較差的粒形容易對(duì)滾筒產(chǎn)生較大的磨損，降低使用壽命。

1.2 級(jí)配

級(jí)配指原材料中各級(jí)粒徑顆粒的分配情況。可以通過(guò)篩分各級(jí)篩余量判斷級(jí)配，通過(guò)細(xì)度模數(shù)判斷砂石的粗細(xì)分布。其中，砂石骨料中粗細(xì)比例的不同，影響滾筒的換熱效率，在滾筒烘干骨料的過(guò)程中，砂石骨料主要通過(guò)火焰輻射和煙氣熱傳導(dǎo)進(jìn)行換熱，骨料顆粒越小，其單位質(zhì)量下骨料的表面積就越大，與火焰及煙氣接觸的機(jī)會(huì)就會(huì)增多，更容易被加熱，熱效率更高，從而影響熱能的利用率，降低過(guò)高尾氣排出帶走的熱量，達(dá)到節(jié)能的目的。

1.3 含水率

圖1 烘干熱系統(tǒng)

含水率指水分質(zhì)量在骨料中的占比。一般烘干瀝青原材料要求含水率在5%以下，烘干后達(dá)到140～170℃。在理想假設(shè)條件下，骨料的干燥分為兩個(gè)過(guò)程，第一過(guò)程是把骨料加熱到100℃，去除里面的水分；第二過(guò)程是再把骨料從100℃加熱到140～170℃。在此過(guò)程中，如果含水率過(guò)高，在原材料質(zhì)量不變的情況下，需要去除的水的質(zhì)量增加，增加了第一過(guò)程的反應(yīng)時(shí)間，并吸取了更多熱量，為了滿足骨料輸出溫度和尾氣溫度不變，就需要熱源提供更多的熱量，導(dǎo)致燃料使用更多。如果含水率過(guò)低，在原材料質(zhì)量不變的情況下，需要去除的水的質(zhì)量減少，確保骨料輸出溫度不變，那么排出的尾氣溫度就會(huì)增大，從而浪費(fèi)一部分熱量。

所以，對(duì)于原材料而言，控制好其級(jí)配和含水率能確保熱能的充分利用。級(jí)配是客戶生產(chǎn)需求無(wú)法改變的。而含水率可以通過(guò)前端的料場(chǎng)控制，用物理方法控制含水率較高的情況，比如修骨料斜坡進(jìn)行排水，上料時(shí)從上往下，就可以有效控制含水率過(guò)度的問(wèn)題。

2 保溫性能

干燥滾筒是一個(gè)換熱的筒體結(jié)構(gòu)，外筒體由鋼板卷圓焊接制成。在生產(chǎn)過(guò)程中，筒體通過(guò)火焰的熱輻射以及骨料的接觸熱傳導(dǎo)，筒體將處于高溫狀態(tài)，因?yàn)樽杂缮岬脑?，筒體會(huì)往外輻射熱量，造成熱能的損失。為了避免此種情況，在滾筒的外圈會(huì)包有一層保溫巖棉，起到保溫、隔熱和降噪的作用，從而使?jié)L筒自由散熱大大減小，而且避免了高溫傷人的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 密封性能

干燥滾筒作為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件，在其前端和后端一般會(huì)有靜態(tài)的進(jìn)料端座和出料端座，通過(guò)活動(dòng)密封的形式與滾筒相連。在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，密封結(jié)構(gòu)難免會(huì)有縫隙，不管是骨料還是煙氣都有可能從縫隙處漏出。如果骨料漏出，可能會(huì)導(dǎo)致攪拌站環(huán)保污染，造成骨料浪費(fèi)，人工維護(hù)成本增高；如果煙氣漏出，部分熱量的散失除外，還有煙氣中有害氣體的污染。為了保證滾筒良好的密封性，需要在生產(chǎn)前檢測(cè)各密封件緊固件是否牢靠，防止煙氣和骨料的泄漏。對(duì)于滾筒結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的骨料泄漏，可以采用特殊的返料裝置讓骨料再次流回滾筒。

4 葉片系統(tǒng)

滾筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)，作為骨料與熱源的換熱的關(guān)鍵點(diǎn)，主要依靠?jī)?nèi)部的揚(yáng)料葉片和含料葉片系統(tǒng)。揚(yáng)料葉片系統(tǒng)，是一種隨圓周均布的刮料葉片，隨著滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，將骨料提升和拋撒，在滾筒內(nèi)形成料簾，與煙氣進(jìn)行直接對(duì)流換熱。料簾分布的均勻性，影響骨料與煙氣接觸的機(jī)會(huì)，從而影響換熱效果。含料葉片系統(tǒng)，是一種沿周向均布的盒子類葉片，將骨料包裹并提升，火焰先輻射盒子葉片，再熱傳遞給骨料，實(shí)現(xiàn)與火焰間接換熱。在使骨料不與火焰進(jìn)行直接接觸的前提下，盡量使含料葉片中包含的骨料更多，可以使骨料受熱更加充分。所以，內(nèi)部葉片結(jié)構(gòu)的好壞直接影響換熱效果。

葉片系統(tǒng)的合理性結(jié)構(gòu)及布置成為影響滾筒換熱的關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)于揚(yáng)料葉片系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種特有的開缺口葉片結(jié)構(gòu)，并軸向交錯(cuò)布置，讓骨料在圓周運(yùn)動(dòng)從前至后的過(guò)程中，都能均勻拋灑，提高料簾的密度及均勻性；除此之外，通過(guò)改變?nèi)~片的數(shù)量以及葉片的折彎角度，也可以達(dá)到更好的效果；對(duì)于含料葉片系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種密封式盒子葉片，不包裹骨料，而骨料在盒子上面運(yùn)動(dòng)，但不與火焰接觸，把間接換熱改為直接換熱，而且密封式盒子葉片還能保護(hù)筒體升溫過(guò)高，減少滾筒熱量的損耗。以此，兩種葉片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)及分布的合理性，能有效提升滾筒換熱效率，降低能耗損失。

5 變頻控制

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，烘干骨料的工況比較復(fù)雜，比如含水率波動(dòng)，級(jí)配變化，產(chǎn)量不同等，都會(huì)對(duì)骨料的烘干質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。為了保證骨料烘干質(zhì)量，一般通過(guò)調(diào)節(jié)葉片結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)，也能充分利用熱能，但每次都需要人工進(jìn)行干預(yù)，而且更換時(shí)間較久，不能起到立竿見(jiàn)影的效果。如果工況改變，不改變結(jié)構(gòu)，那么能耗勢(shì)必會(huì)造成浪費(fèi)。比如設(shè)計(jì)產(chǎn)量為100t/h，實(shí)際產(chǎn)量為50t/h，不改變內(nèi)部葉片結(jié)構(gòu)，這將大大導(dǎo)致骨料換熱時(shí)間過(guò)久，骨料溫度過(guò)高，而尾氣溫度過(guò)低的原因，通過(guò)降低燃燒器輸出雖說(shuō)也能滿足，但滾筒的性能未發(fā)揮到極致。不管是設(shè)備使用、熱能浪費(fèi)還是人工成本都具有不同程度的影響。

為了適應(yīng)各種復(fù)雜工況的生產(chǎn)條件，選用變頻風(fēng)機(jī)和滾筒變頻轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)，根據(jù)不同工況變頻調(diào)節(jié)滾筒轉(zhuǎn)速，提高或減小換熱次數(shù)，再通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)，維持除塵器的正常工作工況。如骨料含水率過(guò)高，此時(shí)需要的熱量就比以前大，可以通過(guò)調(diào)節(jié)燃燒器輸出比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是骨料在滾筒內(nèi)部的換熱和結(jié)構(gòu)有關(guān)，無(wú)法改變，此時(shí)就可以通過(guò)變頻增大滾筒轉(zhuǎn)速，提高骨料被拋撒的次數(shù)，提升總體換熱。對(duì)于熱源利用過(guò)高，可能存在尾氣溫度過(guò)低，布袋結(jié)露的情況，就可以通過(guò)變頻增大引風(fēng)機(jī)頻率，讓煙氣在滾筒內(nèi)停留時(shí)間減少，提升煙氣排放到除塵器的溫度。通過(guò)以上熱系統(tǒng)各部分聯(lián)動(dòng)變頻調(diào)節(jié)，省去了人工維護(hù)成本，達(dá)到設(shè)備的最佳利用效率。

6 結(jié)語(yǔ)

干燥滾筒作為瀝青攪拌設(shè)備中耗能占比較大的部件，其中熱能消耗占比極大。在骨料烘干過(guò)程中，從前端到后端，影響熱系統(tǒng)的因素很多。針對(duì)不用工況，通過(guò)控制原材料屬性、外部保溫密封、內(nèi)部滾筒結(jié)構(gòu)以及滾筒和風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)節(jié)，從整個(gè)烘干過(guò)程對(duì)各部分熱能消耗進(jìn)行預(yù)防和改善，提高各部分耗能合理化，從而實(shí)現(xiàn)烘干設(shè)備的節(jié)能降耗。這也是未來(lái)發(fā)展節(jié)能型綠色設(shè)備的趨勢(shì)。