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    瀝青混合料攪拌設備相關技術的探討

    瀝青混合料攪拌設備相關技術的探討

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    【摘要】:

    我國公路建設的經驗和實踐證明,采用間歇式瀝青混合料攪拌設備更符合我國的國情,這是因為我國目前使用的材料品種雜,變異性大,再加上瀝青混合料攪拌設備大都是露天作業,材料的含水量受天氣影響很大,強制間歇式瀝青混合料攪拌設備因其結構的完善、級配正確、計量精度高、成品料質量好、易于控制,在瀝青路面特別是高速公路的施工工程中受到普遍的歡迎,強制間歇式瀝青混合料攪拌設備是瀝青路面施工的主要配套設備。隨著我國公路建設的快速發展,國產瀝青混合料攪拌設備也隨之快速成長。經過多年的努力,至今國產瀝青混合料攪拌設備已成為公路建設和養護的主力軍,技術上得到了很大的發展瀝青網sinoasphalt.com。不管是封裝式、廠房式、快搬式、整體式結構設計,還是再生、溫拌等內生性能的提高,都反映了我國瀝青混合料攪拌設備行業處于一個蒸蒸日上的時期。我國的公路建設和養護仍處于發展期,對瀝青混合料攪拌設備還有較大的市場需求,因此國內瀝青混合料攪拌設備的制造企業在不斷地增加,國外的瀝青混合料攪拌設備制造企業也紛紛在我國內建廠,瀝青混合料攪拌設備的市場競爭將日趨激烈。要在市場競爭中處于不敗之地,必須要在提高產品的技術性能及質量、并在節能和環保等方面不斷的努力與改進。

     

    瀝青混合料攪拌設備發展至今,其結構和技術上可以說已經達到較完善的程度,但技術總是在不斷的發展和提高的,瀝青混合料攪拌設備技術的改進和提高基本都是在部件或局部范圍內,本文結合國內外在瀝青混合料攪拌設備上的一些技術發展作概要的介紹,供大家參考。

     

    一.冷骨料倉

    冷料供給系統由冷骨料倉和給料皮帶機組成,冷骨料倉在強制間歇式瀝青混合料攪拌設備中是一個結構較簡單的部件,它是用鋼板和型鋼焊接起來的構件,粗看它是一個粗框型構件,其結構雖簡單但同樣有它自身的技術要求。冷骨料倉的容量必須要和其生產能力相匹配,皮帶機給料阻力??;冷骨料倉的出料要均勻等。為滿足上述要求,冷骨料倉的設計和制造關鍵點是出料口的形狀。早期的冷骨料倉出料口的形狀是矩形,矩形出料口料倉出料的均勻性差,且出料阻力大。最好的冷骨料倉出料口的形狀應是梯形出料口。如圖1所示。

     

    由于我國公路目前使用的材料品種雜、變異性大,加之材料搬運、裝卸等過程中易使材料離析,用裝載機將料裝入料倉后增加其離析現象,梯形出料口是一項有效的措施。冷骨料倉梯形出料口料倉出料時,從寬度小的一端向寬度大的一端出料,這樣可以減少出料阻力,而且保證料倉內的料均勻出料,即料倉整個寬度范圍內都是有效出料區。矩形出料口冷骨料倉出料時如圖2左圖所示后部是有效出料區,后部的料擠壓前部的料,因而增加了出料阻力;圖2右圖是梯形出料口料倉的工作狀態,料倉整個寬度范圍內均是有效出料區,因而出料均勻。

    冷骨料倉的梯形出料口有一個斜度的要求,合理的斜度才能取得好的效果,梯形斜邊的斜度通常在30~50之間。因為冷骨料倉有大小的區別,大料倉的斜度的要小一些,小料倉的斜度的要大一些。每個冷骨料倉的最佳斜度要通過試驗測試確定,即測試不同斜度出料口冷骨料倉出料時皮帶機電機的驅動功率,并觀察料倉的出料均勻度情況。建議相關企業建立一些試驗臺,對相關部件進行試驗,這是提高產品質量的唯一途徑。

     

    二.瀝青混合料級配的監控

    冷料供給系統是存放一定量不同規格的冷骨料,并將冷骨料進行初級配再輸送到干燥滾筒的裝置。不同用途的瀝青混合料有不同的級配要求,冷料供給系統所供給的骨料必須要滿足工程級配的要求,瀝青混合料的級配有密級配、半開級配、開級配、間斷級配等,在不同的工程中有不同的級配設計,在工程施工中必須要滿足級配的要求。瀝青混合料攪拌設備在開始拌料前首先要對冷骨料的給料機按級配的要求進行調節。為保證級配的正確性,人們在瀝青混合料攪拌設備冷骨料供給系統的皮帶輸送機上安裝骨料級配檢測分析系統(圖3),隨機取樣分析冷骨料的級配情況。骨料級配檢測分析系統包括取樣器和分析儀,取樣器(圖3左圖)安裝在冷骨料的皮帶輸送系統中,取樣器取樣時間僅為0.5秒,因而對皮帶輸送機的工作不產生影響,取樣器的取樣量一般為9~13 kg,取樣器取樣后將料樣送到分析儀(圖3右圖),對所取料樣進行分析,取樣分析的結果輸送到計算機,經計算機對比分析后反饋到相應的控制機構,以糾正級配的誤差,詳情見有關專利的詳細介紹。

     

    三.皮帶輸送機的皮帶跑偏技術

    瀝青混合料攪拌設備的給料系統中有多個皮帶輸送機,冷料倉的下部安裝有給料皮帶機,匯集各給料皮帶機骨料的集料皮帶機,以及將集料皮帶機輸送的骨料送入滾筒的傾斜皮帶輸送機。給料皮帶機主要由機架、輸送皮帶、皮帶輥筒、張緊裝置、傳動裝置等組成。皮帶機主要由兩端滾筒及緊套其上的閉合輸送帶組成,帶動輸送帶轉動的滾筒稱為驅動滾筒(傳動滾筒);另一個僅在于改變輸送帶運動方向的滾筒稱為張緊或改向滾筒。驅動滾筒由電動機通過減速器驅動,輸送帶依靠驅動滾筒與輸送帶之間的摩擦力拖動。驅動滾筒一般都裝在卸料端,以增大牽引力,有利于拖動。

    皮帶機工作過程中皮帶跑偏是經常和最易發生的現象,最簡單的方法是在皮帶的兩邊加檔滾以防皮帶跑偏,皮帶跑偏的原因有多種,針對不同的情況采取不同的措施,如:調整驅動滾筒與改向滾筒位置,驅動滾筒與張緊滾筒的調整是皮帶跑偏調整的重要環節,所有滾筒的安裝位置必須垂直于皮帶輸送機長度方向的中心線,若偏斜過大必然發生跑偏。特別是輸送距離較大的皮帶輸送機,更易發生皮帶跑偏現象。常用的方法是加皮帶擋滾的方法這樣既增加皮帶的磨損,又增加了皮帶的驅動功率。

    解決皮帶跑偏最簡單的方法是采用鼓形驅動滾筒,如圖4所示。輸送皮帶依靠驅動滾筒與輸送帶之間的摩擦力拖動輸送帶,滾筒與輸送帶之間的摩擦力是垂直于滾筒鼓面的,從圖5可以看出,摩擦力F分解為牽引力P和向滾筒中間的推力T。當皮帶向某一側偏移時,該側的摩擦力F增大,其分力T也加大,兩側的推力始終保持平衡,則皮帶回中了。滾筒鼓面為每呎鼓起1/8"(每100mm鼓起1.06mm)。

     

    四.干燥滾筒

    骨料烘干加熱系統的功能是將骨料加熱到一定溫度并充分脫水,以保證計量精確和結合料(瀝青)對它的裹敷,使成品具有良好的攤鋪性能。骨料的加熱溫度一般為160~180℃,對連續滾筒式攪拌設備可略低一些,一般為140~160℃。

    干燥滾筒是對冷骨料進行烘干加熱的裝置,干燥滾筒是強制間歇式瀝青混合料攪拌設備的主要部件之一,圖6是干燥滾筒的結構圖,它由滾筒、滾圈、支撐滾輪、止推滾輪、驅動裝置、進出料箱和機架等組成。干燥滾筒是傾斜安置的,一般傾斜角度為30—50,滾筒用耐熱耐磨鋼板如鍋爐鋼板等焊接而成,滾筒前后有兩個支承大滾圈,滾圈支承在支撐滾輪上。滾筒的驅動采用機械驅動或摩擦驅動,摩擦驅動由電機驅動支撐滾輪,依靠支撐滾輪和滾圈之間的摩擦力驅動滾筒。由于滾筒是傾斜安置的,因而在滾筒自重及筒內骨料重量的作用下,滾筒產生一向低端滑動的力,一般用止推滾輪阻擋滾筒的下滑,也可通過支撐滾輪來調節。

    滾筒內壁安裝有提料葉片,滾筒轉動時骨料在提料葉片的作用下被提升和跌落形成一定的料簾,骨料在傾斜的滾筒內提升/跌落的過程中前進一段距離,使骨料從進料端向卸料端移動。滾筒不同區間的葉片有不同的形狀和要求,在滾筒的燃燒區為保證火焰的充分燃燒,該區域內不允許有料簾存在,若滾筒的燃燒區有料簾存在,則易使火焰熄滅或發生燃料噴附于骨料的現象,易產生燃料的不完全燃燒,不完全燃燒的燃料隨煙氣進入布袋除塵器,燃油粘附布袋后易使布袋著火燒毀。滾筒的燃燒區內除保證滾筒燃燒區無料簾外,并盡量減少輻射熱傳導給滾筒壁,還應使燃燒的熱能得到充分的利用,既使熱能得到利用又能使滾筒得到保護。滾筒的其它區域的葉片應有利于骨料的干燥和加熱,燃燒熱氣和骨料在滾筒內的對流運動進行熱交換,熱氣流穿過密集的料簾將熱量傳遞給骨料。

    在滾筒的不同區域內布置不同的葉片如圖7所示,使之形成不同的料簾密度,料簾密度過小時,熱氣流通過的速度則快,這樣易使排煙溫度升高,高的排煙溫度將影響到布袋除塵器;料簾密度過大時,熱氣流通過的速度則慢,這樣雖然熱的利用率高,但降低了排煙溫度,也將影響到生產率的下降及布袋除塵器的使用。因此滾筒內葉片的設計是十分重要的,可通過理論計算及經驗值并通過試驗進行修正的方法確定。

     

    滾筒的轉速與滾筒直徑有一定的關系,滾筒的轉速直接影響到料簾的形成,具體的設計方法參照人民交通出版社“筑路機械手冊”的相關章節。干燥滾筒是對冷骨料進行烘干加熱的裝置,冷骨料從滾筒的高端進入,烘干加熱的骨料從滾筒的低端卸出,滾筒的低端安裝有燃燒器,燃燒熱氣和骨料在滾筒內的對流運動,熱氣流穿過密集的料簾將熱量傳遞給骨料。因此滾筒內必需要有一定的負壓,保持有一定的氣流速度。通常滾筒的負壓為5~9mm水柱,風速約為5~6m/s。

     

    五.瀝青混合料的離析

    瀝青路面施工過程中,通常在攤鋪作業時注意瀝青混合料的離析問題,由于瀝青混合料的離析會影響到瀝青路面的質量,因而出現了瀝青混合料的轉運料車及再攪拌等技術。瀝青混合料離析的問題應提前到瀝青混合料攪拌設備的拌制過程中加以控制,以減少瀝青混合料的離析的產生。

    熱骨料提升機將熱骨料送入振動篩進行篩分,由于篩網面是有一定面積的,熱骨料進入篩面后被陸續分散,篩分時細粒料先通過篩面,較粗的料陸續擴散后再通過篩面,這樣細料先進入儲存倉,然后較大粒料再進入儲存料倉,最后進入的是最大粒徑的料,從而在1號儲存倉形成粗細料分離的現象(圖8左圖),從熱骨料儲存倉內流出計量的料時會有離析現象,為避免此離析現象,可采用加擋板引導落料的合理位置以減少離析現象(圖8右圖),這是減少瀝青混合料的離析措施之一。

     

    六.節能

    瀝青混合料攪拌設備通常是露天作業的,使用的骨料都是露天堆放的,受下雨的影響使骨料的含水量增加,大含水量的骨料必然要增加燃油的消耗。瀝青混合料攪拌設備節能最有效的方式是減少骨料的含水量。堆料場建立良好的排水設施、建立遮雨棚等都會有很好的效果。最新的專利還提出:可利用瀝青混合料攪拌設備排放尾氣等的余熱來預熱冷骨料或再生料。余熱的來源:除塵器排放的尾氣、干燥滾筒周圍的熱氣、導熱油加熱器處的熱氣等,將這些熱氣收集并輸送到冷骨料的預熱裝置,對冷骨料或再生料進行預熱,如圖9所示,對固定式攪拌設備來說是一個很好的建議。

     

    經試驗證明溫拌瀝青技術具有節能和環保效果,研究溫拌技術的初衷是減少瀝青煙對人體的危害,瀝青煙中含有大量致癌物質,由于瀝青煙在130~140攝氏度左右產生,因此溫拌瀝青的溫度上限限定在130攝氏度,避免了瀝青煙的產生。同時,根據有關部門對幾千噸混合料檢測得出的綜合數據,這套技術能夠降低二氧化碳排放56%,能耗降低22%,減少對人體有害的氣體81%。溫拌技術還能在較低氣溫條件下施工,從而能延長寒冷地區的施工周期。另外,熱拌瀝青混合料要求施工環境溫度必須高于10攝氏度,因此在高原地區或我國北方,冬季就不能施工。目前環境污染和能源枯竭已得到全球范圍的關注。為保護生態環境,世界各國都對溫室氣體、有害氣體以及固體粉塵等排放進行嚴格限制。瀝青混合料的生產是道路工程中能量消耗與環境污染大戶,經研究數據表明,每生產1t熱拌瀝青混凝土需消耗8L燃料油。如拌和溫度降低30~35℃,可節約燃料油2.4L/t,并可減少30%以上的CO2等氣體以及粉塵的排放量。因此溫拌瀝青技術能明顯地降低瀝青煙氣的排放量,而且環保和節能效果明顯,目前我國溫拌技術已經得到了廣泛應用,細節技術上還應加強研究。

     

    七.污染排放控制

    1.瀝青混合料攪拌設備污染排放物的限值

    瀝青路面的鋪裝過程包括:瀝青混合料的拌制、瀝青混合料的運輸、瀝青混合料的攤鋪、瀝青混合料鋪層的碾壓。國際上除對瀝青混合料攪拌設備的排放污染加以控制外,對整個鋪裝過程中有害氣體的排放均加以控制。對瀝青混合料攪拌設備的污染不僅控制粉塵的排放量,對有機和無機物的排放均有限制。歐美國家瀝青混合料攪拌設備污染排放物的限值如下表1。

     

    在我國,中國工程機械工業協會發布的T/CCMA0066-2018《瀝青混合料攪拌設備 環保排放限值》團體標準已于2019年2月實施,標準中規定了我國現階段瀝青混合料攪拌設備的最新排放要求。T/CCMA0066-2018規定的環保排放限值如表2示。

     

    2.瀝青煙氣的處理

    瀝青混合料在拌制過程中瀝青一般要加熱到150℃~180℃,成品瀝青混合料的溫度通常在140℃~160℃,瀝青加熱后會揮發出瀝青煙氣,因此在瀝青路面鋪裝的攪拌、攤鋪、碾壓過程中均會揮發出瀝青煙氣,瀝青煙氣中含有對人體有害的多環芳烴等碳氫化合物,多環芳烴的排放量是隨溫度的變化而變化的,溫度越高排放量增加,2-3環芳烴的揮發溫度是140℃~160℃。歐美國家瀝青混合料攪拌設備污染排放不僅對除塵器的排放加以控制,還在瀝青儲罐、成品料裝車區、成品料儲罐頂部的排放均加以控制處理,使之排放達到要求。

    瀝青混合料攪拌設備在骨料的烘干加熱篩分攪拌等工作過程中均會產生一定量的粉塵,骨料在加熱干燥過程中燃料燃燒時產生大量的氮硫氧化物,瀝青在進行加熱過程中揮發的煙氣(俗稱蘭煙),上述的粉塵和煙氣等直接排入大氣必將對周圍的環境造成嚴重的污染。隨著對環保問題的重視,保護環境、維護生態已成為我們國家的基本國策。國外對瀝青攪拌設備除配置除塵系統外,對瀝青煙氣等的排放進行了必要的控制,在瀝青加熱儲存罐、攪拌鍋的進料口、混合料裝車處及熱儲料倉頂部等都加裝對瀝青煙氣進行密閉抽吸的裝置,將煙氣抽送到專用的過慮處理裝置,有的還將煙氣抽送到燃燒器進行燃燒等,在濾除有害氣體后再排入大氣,如何減少瀝青攪拌設備排放廢氣中有害氣體(如氮氧化氣)的含量問題應加以控制,使之排放達到要求,以減輕對周圍環境的污染。

     

    圖10是瀝青儲罐煙氣排放處理裝置圖,圖10左圖是單個臥罐煙氣排放處理裝置,圖10右圖是多個立式罐組合的煙氣排放處理裝置。圖11是瀝青混合料成品料裝車區煙氣排放控制處理裝置圖。

     

    八.優化連接管件

    干燥滾筒和布袋除塵器之間的排氣連接管路一般設計為水平管路連接(圖12右圖),水平管路易產生粉料(特別是粗粒粉)的堆積,在管路直徑設計不合理時更易產生,根據氣力輸送的原理,首先要合理選擇管路直徑的大小,以便于含塵氣流的排放和輸送。我們通常的設計為水平管路,在氣流速度低時易產生粉料堆積,應改變為合理的管路連接結構型式,管路內即使有粉料下落,粉料也會沿著斜管自動滑落,不會產生堆積現象。瀝青混合料攪拌設備結構件設計時應盡量優化,既要滿足功能需要,還要易于制造,外形美觀。

     

    九.舊料再生

    瀝青路面的再生利用技術是從20世紀七十年代開始逐步發展起來的,從資源和經濟性方面的考慮,舊瀝青路面材料的再生利用引起了普遍的關注。多年來國際上很多國家的實踐已證明,舊瀝青路面材料的再生利用具有很大的優越性:環保、節能、經濟性好。舊瀝青路面材料的再生利用在國際上已被廣泛推廣使用,瀝青路面的再生技術、工藝、設備也日趨成熟。

    強制間歇式瀝青混合料攪拌設備是公路建設中最常用的設備,因此國外的再生攪拌也通常利用強制間歇式瀝青混合料攪拌設備。根據國外使用的經驗,利用強制間歇式瀝青混合料攪拌設備最高舊料比例一般不超過30%,舊料比例過高時再生混合料的質量不穩定,另外舊料在加熱攪拌過程中,舊料中的水分還在繼續蒸發,同時舊料中瀝青輕油份也會揮發,這些水汽和揮發的油煙被抽送到布袋除塵器時易粘附于布袋,油煙氣的存在是一種潛在的危險,遇到高溫易燃燒而使布袋燒壞。

    目前國內外強制間歇式瀝青混合料攪拌設備用于再生的方法很多,使用較多的方法是在強制間歇式瀝青混合料攪拌設備的基礎上,增加一套舊料專用加熱滾筒,圖13是高置舊料專用加熱滾筒的再生設備圖。對舊料進行加熱、貯存、計量后直接加入到攪拌鍋。在實際使用過程中也發現不少問題,舊料易粘結滾筒及舊料易老化等。盡管這些問題的解決方法目前已有很多種,但人們還是在不斷探索各種更合理、更經濟的方法。如利用設備余熱加熱舊料以及利用導熱油加熱舊料的裝置(圖14示)等。

     

    十.結束語

    本文為作者所收集的相關資料和一些學習體會,有些資料可能有點遲后,觀點也不一定正確,希望能起到拋磚引玉的作用,互相交流,以促進我國瀝青混合料攪拌設備的技術更上一層樓,讓地球上到處能見到我國制造的瀝青混合料攪拌設備,讓全世界的公路施工工地上都能見到MADE IN CHINA 的瀝青混合料攪拌設備。

     (本文來自中國工程機械工業協會筑路機械分會 朱文天)

     

    本文為作者所收集的相關資料和一些學習體會,有些資料可能有點遲后,觀點也不一定正確,希望能起到拋磚引玉的作用,互相交流,以促進我國瀝青混合料攪拌設備的技術更上一層樓,讓地球上到處能見到我國制造的瀝青混合料攪拌設備,讓全世界的公路施工工地上都能見到MADE IN CHINA 的瀝青混合料攪拌設備。

     

     (本文來自中國工程機械工業協會筑路機械分會 朱文天)

     

    標簽:行業新聞,工程機械,瀝青混凝土