瀝青攪拌設(shè)備一級(jí)除塵器及回收粉性能試驗(yàn)

謝立揚(yáng) 魏俊偉

摘要：為了合理選擇瀝青攪拌設(shè)備的一級(jí)除塵器，提高除塵器回收粉塵的使用性能，對(duì)旋風(fēng)、百葉窗和蝸殼三種不同形式除塵器的工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行了分析。在工地現(xiàn)場對(duì)3臺(tái)4000型攪拌設(shè)備進(jìn)行了回收粉試驗(yàn)，通過試驗(yàn)得出了一級(jí)除塵器回收粉塵的粒徑、親水系數(shù)、塑性指數(shù)等指標(biāo)的數(shù)值大小，并首次給出了回收粉塵的總平均粒徑范圍，為一級(jí)除塵器的設(shè)計(jì)、選型提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：瀝青攪拌設(shè)備；一級(jí)除塵器；回收粉；試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U415.52文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Experimental Study on Performance of Primary Dust Collector and Recycled Powder of Asphalt Mixing Plant

XIE Liyang1， WEI Junwei2

（1. Key Laboratory for Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education， Changan University，

Xian 710064， Shaanxi， China；2. Jiangsu Huatong Kinetics Co.， Ltd.， Zhenjiang 212000， Jiangsu， China）

Abstract： In order to reasonably select the primary dust collector of asphalt mixing plant and improve the dust recovery performance， the working principle and characteristics of the cyclone， the louver and the volute forms of dust collectors were analyzed. Tests on recycled powder were conducted on three 4000type asphalt mixing plants on the site， and the particle size， hydrophilic coefficient and plasticity index of the dust recovered by the primary dust collector were obtained. And the average range of the particle size was given for the first time， providing reference for the design and selection of primary dust collector.

Key words： asphalt mixing plant； primary dust collector； recycled powder； test

0引言

瀝青攪拌設(shè)備的除塵系統(tǒng)一般由一級(jí)機(jī)械除塵器和二級(jí)袋式除塵器組成。一級(jí)除塵器的工作原理是通過粉塵顆粒所受各種力的作用捕集煙氣中的粉塵，主要形式有重力除塵、旋風(fēng)除塵和慣性分離式除塵設(shè)備及其衍生出的多種結(jié)構(gòu)[1]。目前，攪拌設(shè)備常用的一級(jí)除塵器有蝸殼式除塵器、旋風(fēng)除塵器和百葉窗式除塵器[24]。

這3種類型的除塵器一般作為瀝青混合料攪拌設(shè)備除塵系統(tǒng)的氣體預(yù)處理設(shè)備使用，其結(jié)構(gòu)形式比較適合用于處理粉塵濃度高、氣體流量大的場合。工作時(shí)，從烘干筒排出的粉塵經(jīng)一級(jí)除塵器回收，剩余部分與加熱的骨料一起送入到攪拌缸中，與瀝青、礦粉攪拌成瀝青混合料[56]。其中回收的粉塵作為瀝青混合料級(jí)配的一部分，粒徑應(yīng)控制在75 μm以上，如果回收粉塵粒徑過小、級(jí)配含量波動(dòng)較大的話，勢必影響混合料級(jí)配，使吸附瀝青總表面積減少、礦料顆粒表面裹覆的瀝青油膜增厚，致使瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度和流值產(chǎn)生較大變化，影響瀝青混合料質(zhì)量[79]。

在瀝青攪拌設(shè)備中適量使用回收粉塵，可減少礦粉的使用量，節(jié)約成本、能源和資源。美國在瀝青混合料生產(chǎn)過程中，每年要產(chǎn)生600～800萬t粉塵，其中80%～90%的粉塵又被重新利用。由于中國受到施工規(guī)范的限制，遠(yuǎn)未達(dá)到這個(gè)比例。因此，對(duì)一級(jí)除塵器工作性能和回收粉的性質(zhì)進(jìn)行研究就顯得非常必要，這對(duì)節(jié)約施工成本、環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

1一級(jí)除塵器及工作原理

1.1旋風(fēng)除塵器

自發(fā)明開始旋風(fēng)除塵器便在氣固分離領(lǐng)域大量使用，現(xiàn)在瀝青攪拌設(shè)備上應(yīng)用最多、除塵效率較高的就是XLT/A型組合式和立式多管旋風(fēng)除塵器。XLT/A型組合式除塵器由煙塵進(jìn)口、圓筒、錐體、排灰口和排氣口等結(jié)構(gòu)組成。工作時(shí)，從烘干筒中抽出的煙氣粉塵沿器壁以較快的速度從進(jìn)口斜向進(jìn)入除塵器，氣流緊貼除塵器壁做螺旋運(yùn)動(dòng)，形成繞分離筒的旋轉(zhuǎn)流。在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，粉塵顆粒受到離心力作用不斷被甩向筒壁。在各種力的相互作用下，煙氣中的粉塵沿器壁逐漸滑落到排灰口，由螺旋輸送機(jī)排出；沒有被捕捉的塵粒隨氣流通過排氣口逃逸。

YLT/A型組合式除塵器與一般旋風(fēng)除塵器的區(qū)別是：分離筒圓筒部分較高，錐體較??；進(jìn)氣管傾斜，其軸線與水平成15°；排氣管裝有導(dǎo)流蝸殼，用于改變旋轉(zhuǎn)氣流方向。這種除塵器除塵效率較高，并具有布置緊湊和運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)，但其耐磨性較差。

立式多管旋風(fēng)除塵器由1個(gè)殼體和若干個(gè)立式旋風(fēng)子組裝而成，殼體上有煙氣進(jìn)出口、煙氣分配室和儲(chǔ)灰斗及排灰裝置等。由于旋風(fēng)子直徑較小，在氣流速度較大的情況下容易被磨損，后來逐漸用耐磨鑄鐵旋風(fēng)子和陶瓷管旋風(fēng)子代替鋼板旋風(fēng)子，但缺陷明顯?，F(xiàn)在這種除塵器使用較少。endprint

1.2百葉窗式除塵器

百葉窗式除塵器主要由煙氣進(jìn)口、斜板、內(nèi)斜板、排除口和百葉窗等結(jié)構(gòu)組成。它能有效去除高溫?zé)煔庵械拇罅椒蹓m顆粒，防止過熱的塵粒損壞濾袋。除塵器左右端面為斜板，作用是讓含塵煙氣中的大顆粒粉塵在與之碰撞后，受重力的作用順斜板滑入排塵口后分離。當(dāng)含塵煙氣進(jìn)入沉降箱時(shí)，煙氣中較大的粉塵顆粒在重力的作用下先碰撞到斜板，沿斜板滑入排灰口被分離；另外一些粉塵在向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，受離心力和慣性力作用，改變方向甩向斜板上被分離；還有相當(dāng)一部分粉塵隨煙氣撞擊百葉窗葉片，由于百葉窗葉片具有彎曲角度，含塵氣流撞擊后速度減慢，煙氣內(nèi)的粉塵在重力沉降作用下被分離。

百葉窗葉片能加速氣流急轉(zhuǎn)速度，提高除塵效率，但過高的速度會(huì)引起已捕集粉塵的二次卷揚(yáng)。因此，氣流的適宜處理速度為10～15 m·s-1。葉板間的距離取20 mm，擋灰柵葉板與百葉窗擋灰柵軸線的傾角一般為30° ，百葉窗的主要缺點(diǎn)是柵格磨損較快，影響其使用壽命。因此，擋灰柵宜用耐磨鋼材或鑄鐵制作。對(duì)于百葉窗式除塵器，含塵煙氣沖撞百葉擋板的速度越高，氣體流出速度越低，逃逸的粉塵量就越小，除塵效率越高。

百葉窗式除塵器的除塵效率稍低，對(duì)20 μm以下的粉塵顆粒不能較好的捕捉，在抽氣率為10%，壓力損失為400～500 Pa時(shí)，配合其他除塵器使用時(shí)的除塵效率見表1。

蝸殼式除塵器是一種依靠流體慣性力和離心力作用分離固體塵粒的除塵設(shè)備。它是在蝸殼濃縮分離器的基礎(chǔ)上把內(nèi)部原有的圓筒形導(dǎo)流板改成2塊可調(diào)整方向?qū)Я靼搴?塊固定導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)形式。正常工作時(shí)可根據(jù)需要調(diào)整的導(dǎo)流板方向來調(diào)節(jié)除塵器中流體的流動(dòng)速度和軌跡，從而達(dá)到調(diào)整除塵效率的目的。蝸殼除塵器內(nèi)部流體壓力損失較小，屬低阻型除塵器。

蝸殼式除塵器具有2個(gè)特點(diǎn)：一是蝸殼體為漸開線或者對(duì)數(shù)螺旋線，可減輕氣流對(duì)殼體的沖擊和擾動(dòng)，為氣流提供一個(gè)較平穩(wěn)的過渡過程；二是可通過調(diào)整導(dǎo)流板的方向來調(diào)節(jié)除塵效率，適合用來回收粉塵。作為一個(gè)單獨(dú)總成，蝸殼體除塵器加工、安裝較為方便，在使用過程中，若出現(xiàn)問題，可及時(shí)進(jìn)行維修。

目前，國內(nèi)瀝青攪拌設(shè)備一級(jí)除塵一般采用蝸殼除塵器，而國外瀝青攪拌設(shè)備一級(jí)除塵多采用百葉窗除塵器或重力除塵器。

2回收粉粒徑試驗(yàn)

影響蝸殼除塵器顆粒分離的因素較多，如骨料的含泥量、含水率、加熱溫度，烘干筒的負(fù)壓，燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度、流速，除塵器的結(jié)構(gòu)形式等[1013]，但除塵器的結(jié)構(gòu)形式起絕對(duì)作用。為比較不同一級(jí)除塵器的除塵性能，在工地現(xiàn)場進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。用3臺(tái)4000型攪拌設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，除塵形式為百葉窗式和蝸殼式2種，在一級(jí)除塵器排灰口處取樣，每種工況取3個(gè)樣本，粉塵粒徑先進(jìn)行篩分，篩底粒徑大小由日立S4800型場發(fā)射掃描電鏡完成。粉塵顆粒形狀見圖2，粉塵的總平均粒徑采用質(zhì)量平均粒徑的算法，見式（1）。

式中：di為篩分第i級(jí)顆粒的中間粒徑（mm）；dm為篩底的中間粒徑（μm）；yi為篩分第i級(jí)顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量百分比（%）；ym為篩底質(zhì)量占總質(zhì)量百分比（%）。

顯微鏡下的粉塵并不是理想狀態(tài)中的規(guī)則球形結(jié)構(gòu)，其微觀結(jié)構(gòu)是由多個(gè)微小粉塵集聚形成結(jié)構(gòu)疏松的粉塵體。在放大5 000倍后，從圖中可以看出在大粒徑的粉塵上吸附、粘連著許多粒徑極細(xì)小的片狀粉塵，篩底片狀微塵粒徑很小，一般不大于5 μm。

2.1百葉窗除塵器顆粒尺寸檢測

在一級(jí)除塵螺旋出口取樣檢測，一級(jí)粉塵取樣篩分結(jié)果見表2。

同樣，蝸殼除塵器在不同的工地現(xiàn)場，所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異很大。這與粉塵粒徑、冷骨料含泥量、烘干筒負(fù)壓、除塵器結(jié)構(gòu)及進(jìn)口風(fēng)速等因素有關(guān)，若冷骨料含泥量較大、它們之間的結(jié)合強(qiáng)度較弱或負(fù)壓較大，這些都可能使塵粒徑增大。因此，對(duì)于一級(jí)除塵器而言，回收粉總平均粒徑變化應(yīng)在009～1 mm內(nèi)。

為提高回收粉的粒徑大小，首先應(yīng)控制一級(jí)除塵器的進(jìn)風(fēng)量，風(fēng)量的大小與烘干筒的負(fù)壓、除塵器的進(jìn)口風(fēng)速密切相關(guān)；其次應(yīng)根據(jù)粉塵粒徑的變化，調(diào)整導(dǎo)流板之間的相對(duì)位置，抑制除塵器由于結(jié)構(gòu)不對(duì)稱引起的渦核擺動(dòng)現(xiàn)象，減小除塵器椎體及排灰口附近出現(xiàn)的滯流和返混渦流，使粉塵易于分離[1420]。

3回收粉路用性能指標(biāo)

從表2～4可以看出，回收粉中篩底占了相當(dāng)大的比例，這些粉塵要作為礦粉的一部分添加到瀝青混合料中，在《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中規(guī)定：拌和機(jī)的粉塵可作為礦粉的一部分回收使用，但每盤用量不得超過填料總量的25%，摻有粉塵填料的塑性指數(shù)不得大于4%。

對(duì)篩底回收粉性質(zhì)的試驗(yàn)研究主要依據(jù)現(xiàn)行《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)范》（JTG E42—2005）的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，如表5所示。

可知，回收粉各項(xiàng)性能指標(biāo)符合規(guī)范要求，但值得說明的是，回收粉的細(xì)度、酸堿性和混合料中的粉塵參入量是一個(gè)變化值。這是因?yàn)榉蹓m細(xì)度受烘干筒的負(fù)壓控制，負(fù)壓越大，烘干筒內(nèi)氣流速度越快，被吸附的粉塵粒徑就越大。在實(shí)際工作時(shí)，操作人員要隨時(shí)根據(jù)冷骨料的含水量、各料倉供料情況來調(diào)整負(fù)壓，因此被吸入一級(jí)除塵器回收粉的細(xì)度也是隨時(shí)變化的；另外回收粉中含有的大量的SiO2，其含量越大，回收粉的酸性也越大，酸性變大將導(dǎo)致混合料的黏結(jié)力下降，進(jìn)而降低混合料的水穩(wěn)定性。另外從表2～4還可以看出，篩底所占篩分通過百分率也是波動(dòng)變化的，這導(dǎo)致回收粉與礦粉的比例無法準(zhǔn)確控制，影響混合料的級(jí)配。

4結(jié)語

（1）對(duì)3種類型的一級(jí)除塵器的工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，論述了國內(nèi)和國外在瀝青攪拌設(shè)備一級(jí)除塵器選擇上的差異。

（2）對(duì)百葉窗除塵器和蝸殼除塵器所回收的粉塵粒徑進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明這2種類型的除塵器除塵效率較高；粉塵總平均粒徑變化區(qū)間應(yīng)在009～1 mm之內(nèi)，滿足施工要求。endprint

（3）篩底回收粉作可為填料的一部分摻入到瀝青混合料中，其性能指標(biāo)符合規(guī)范要求，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證：表觀相對(duì)密度在2.5～2.7 t·m-3、親水系數(shù)在065～086、塑性指數(shù)小于1，主要性能指標(biāo)滿足要求。

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[責(zé)任編輯：杜衛(wèi)華]endprint