沥青混凝土回收料干燥加热装置设计.pdf

RM CM 沥 青 混 凝 土 回收 料 干燥 加 热 装 置 设 计 De s i g n o f D He a t i ng De vi c e f o r As pha l t Conc r e t e Re c y c l i ng 季晗豪， 李 自光， 莫焱森 JI Han ha o，LI Zi - guang，M O Yan s en 长 沙 理 工 大 学 汽 车 与 机 械 工 程 学 院 ， 湖 南 长 沙 4 1 0 0 7 6 S c h o o l o f Au t om o t iv e a n d M e c h a n i c a l E n g i n e e r in g ，Ch a n g s h a Un iv er s it y o f S c i e n c e & Te c h n olo g y ，Ch a n g s h a 41 0 0 7 6 Hu n a n ， Ch i n a 【 摘要 】 针对传统热传导 、 热辐射干燥加热旧沥青混合料的不足， 结合微波加热的优势 ， 研究 了一种微波热风组合 干燥 加 热技 术 ， 应 用 于废 旧沥青 回 收 中 ， 并 对 主要 设 备进 行 了结 构 设计 。经 模 拟试 验说 明 ， 新型 干燥 加 热装 置 可达 到 较理 想 的效 果 ， 为 旧沥青 混凝 土 回 收料 的厂 拌 热再 生 提供 了一种 新 的途 径 。 【 Ab s t r a c t】Ai me d a t t h e d e f e c t s o f t r a d i t i o n a l h e a t c o n d u c t i o n a n d r a d ia t io n t e c h n o l o g y i n a s p h a l t c o n c r e t e r e c y c l i n g a n d c o m b i n e d w i t h t h e a d v an t a ge s o f m i c r o w a v e h e a t i n g m e c h a n i s m ， a n e w dr y h e a t i n g t e ch n o l o g y a d o p t i n g b o t h h o t a i r a n d mi c r o wa v e wa s a p p l i e d t o a s p h a l t c o n c r e t e r e c y c l i n g ，a n d t h e s t r u c t u r e o f ma j o r e q u ip m ent w a s designedThe si m ulat ion show s t hat t h e new device can achi eve i deal ef f ect sw hi ch pr ovi des a new m eans f or pl ant m ix hot r ecycl i ng 【关键词 】 旧沥青混凝土回收料 ； 干煤技术； 厂拌热再生； 流程 【 K e y wo r d s】r e c la i me d a s p h a lt c o n c r e t e ； d r y i n g t e c h n o lo g y ； p la n t mix h o t r e c y c l i n g ； p r o c e s s 中 图 分 类 号 ： U4 1 5 5 2 文 献 标 志 码 ： B 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 -0 3 3 X( 2 0 1 3 ) 0 3 - 0 0 5 6 -0 3 0 引 言 中 国早期 建 设 的沥 青路 面逐 渐 进 入维 修 、 养 护 阶段 。 在 养 护和 改 、 扩 建过 程 中 ， 将 不 可避 免地 产 生大 量 的 旧沥 青 混凝 土 回收料 ， 不仅 造成 浪 费 ， 而 且 占用 大量 土 地 。对 其 进 行 回 收利 用 既节 约 资 源 、 保 护 环 境 。 又具 有 明显 的 经 济 效 益 传 统 的热 传 导 、热辐 射 加热 技 术使 旧沥青 混凝 土 回 收料 长 时间 处于 高 温环 境 中 ，易造成 废 旧沥青 成 分 的二 次 老化 、 产 生 焦 化和 蓝 烟 ， 回 收料 的质 量 得 不到 保 证 ， 并 且 要 安 装繁 重 的废 气 处理 系统 。微 波 加热 技 术 以其效 率 高 、 加 热质 量 好 、 节 能 、 环 保 的特 点 ， 成 为 旧沥 青混 凝 土 回 收领 域研 究 开 发 的新思 路 。 1 热 风 微 波 组 合 干 燥 加 热 技 术 及 工 艺 流 程 微 波 是指 频 率 为3 0 0 MHz 3 0 0 G Hz 、 波 长 为 1 mil l 1 m的 电磁 波 。它 的加 热原 理 是 ： 微 波发 生器 将 微 波辐 射到 待加 热 的物 料上 ，使 物 料 内的 水等 极性 分 子按 微 波频 率 作 同步旋 转 和摆 动 ； 极 性 分子 高 速旋 转 ， 使 物料 内部 瞬时 产生 摩 擦热 。 导致 物 料 内部和 表 面 同时升 温 ， 从 而 达到 加 热 的 目 的 。 微 波干 燥 的成 本很 高 ， 故 仅 利用 微波 干燥 不 经济 初 步估 算 与热 风 加热 回 收成 本存 在 1 3 元 t - 1 的差 距 _ l _ 。 采 用热 风 、 微 波 组合 加热 技 术可 以克服 上述 缺 点 。 热 风 干燥 对物 料来 说 是从 表 向 内进行 温度 梯度 与 水 分转 移 的方 向相 反 而 微 波加 热是 从 内部 加 热 ， 温度 梯 度 与温 升 的 方向相 同 。二 者 结合 ， 可 以达到 缩短 干 燥加 热 时 间 、 降低 成 本 的 目的 。 1 1 热 风 微 波 组 合 干 燥加 热 技 术 的原 理 经 过刨 、铣 回收 的 旧路面 沥 青混 凝土 具 有集 料 细 化 的特点 ， 粉尘 较 多 。按照 毛 细现 象 的基 本原 理 ， 水 分 子 主 要 以 自由水 的形 式粘 附于 旧沥 青 回 收料 和 粉 尘 的表 面 。 采 用热 气 流 的干燥 方式使 得 表层 水 分子 处于 空气 流 通 速 度 快 、 温度 梯 度 大 的环 境 中 ， 极 利 于表 层 水 分子 的挥 发 ， 从 而达 到 干燥 的 目的。 随着 温度 梯度 的减 小 ， 热传 导 效 率 降 低 。 为 了加热 到 厂拌 热 再 生 的要 求温 度 ， 只 有增 加 热 气 流 的温 度和 加 热 时 间 但 是 沥 青材 料长 时 间暴 露 在 过 高 的温度 环 境 中 会造 成 此 热敏 性材 料 回收质 量 大 幅下 降 。 整 个 加 热 温 升 过 程 z 如 图 1 所 示 。 图 1 热 气 厩 加 热 干 僳 时 的 温 升 微 波加 热 具有 体 热 源和 迅 速 的特 点 。 在 微 波场 中 ， 微 波功 率 损耗 于 物料 的功 率密 度 表达 式 为 P - - - O ) C o E Eo ( 1 ) 式 中 ： 尸 L 一微 波 功 率 ： 微 波 角 频率 ； 真 空 电容率 ； s ” 物 料 的损 耗 因子 ： 微 波 场 强 。 由式 ( 1 ) 可知 。 物料 的微 波功 率 吸 收正 比于 物 料 的 损 耗 因子 。在 复 介 电混合 物 中 ， 损 耗 因子 越 大 ， 组 分 吸 收微 波 能 的能 力越 强 。水 的 损耗 因子远 大于 纯 沥 青 ( 0 0 0 1 ) 和 旧沥青 混合 料 ( 0 0 1 5 0 0 3 4 ) ， 故 微 波 对 废 旧沥 青 混 合 料 有 明显 的脱 水 作 用 满 足厂拌 热 再 生对 旧沥青 混 凝 土 回 收 料 的烘 干 要 求 且 含 水 量 越 大 ， 微 波 加 热 效 率 越 高 。 但是 大 量 的微 波能 被 水 分吸 收后 ，回收 料 吸收 的 有效 能 量 会 降低 导 致装 置 的有 效 加 热效 率 降低 。 为 了提 高微 波 的加 热 效 率 ， 并 考虑 成 本 因素 ， 在 微 波加 热 之 前 ， 应 尽 可 能减 少 旧料 混合 物 中 的含 水量 。 综 上所 述 ， 应 用 热风 、 微 波组 合 干燥 加 热技 术 加热 旧 沥青 混凝 土 回收料 显得 尤为 重要 。 1 2 工 艺 流 程 破碎 、 筛 分预 处理 后 的 旧沥青 混凝 土 回 收料 ， 经计 量 料斗 初步 计 量后 输 送到 立 式螺 旋 热 风干燥 筒 内 ，以新 骨 料烘 干筒 烘 干 加 热 后 的“ 废 气 流 ” 作 为热 气 源 ， 回 收料 受 高 速气 流 冲 击 、 预 热 后 去 除表层 水 分 ， 湿热 气流 由引风 机 引入 粉 尘 收集 装置 ， 除尘 后 排 出干燥 筒 外 。此 时 ， 回 收料 出料 温度 控 制 在9 5 o C 1 0 0 o C。 为 了保证 设 备 的密 封性 能 和 出料 的连 续 性 ，将初 干燥 后 的 旧沥青 混凝 土 回 收料 输 送 到 隧道 式微 波加 热 室 加 热 至 1 5 0 1 6 0 q c 然 后送 入 搅 拌器 中进 行充 分搅 拌 必要 时 加 入适 量 的矿 粉 和 再 生 剂 最 后将 再 生后 的高 品质 沥青 回 收料 送 入储 存筒 内保 温存 放 。其 工 艺流 程如 图2 所 示。 养护机 械 施 工技 术 M a in t e n a n c e M a c h i n e r y& Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y 皮 带输送机 矿粉、再生剂 图 2热风 微 波 加 热 技 术 的 工 艺 流 程 2 新 型 千 燥 加 热 装 置 设 计 在 图2 所 示 的工 艺 流程 中 ， 立式 螺旋 热 风 干燥 室 和 隧 道 式 微 波加 热 装 置 为新 型 旧沥 青 混凝 土 回收 料 干燥 加 热 装置 的 主体 结 构 。 2 1 立 式 螺 旋 热风 干 燥 器 图3 为 立式 螺旋 热 风干 燥器 的结 构 示 意 图， 其 工 作 原 理 为 ： 在逆 流 式旋 转 烘 干筒 中 与新 骨 料热 交 换后 的高 温 热气 流 经 过 布 袋 除尘 处理 后 仍 旧保 持 1 6 0 o C 1 7 0 ， 直 接排 放 会造 成 能 源浪 费 。通 过 导气 管 将热 气 流 引入 立 式 多孔 气 室 。也 可 以根据 工 况 要 求另 外设 立 热气 流 产 生 装 置 。 热气 流 高速 喷 射 而 出 ， 带走 水 分 并加 热 物料 。 引 电 除尘 中心立柱 属平 台 入气 口 带料斗螺旋输送器 图3 立 式 螺 旋 热 风 干 燥 器 结 构 具体 工作 过程 为 ： 旧沥青 混凝 土 回收料 由上部 锥 形料 斗 ( 为防止 产生 物料 堆积 ， 设置破 拱 刮片 由 电机 驱动 破拱 轴 实现破 拱 ) 进 入螺旋 式叶 片 ， 在 驱动 凸轮 的驱动 下 ， 回 收 料 随螺旋 叶 片一 起上 下起伏 跳 跃 ，复 位 弹簧 提供 回复 力 。 在 此过 程 中 混合 料 处于 分散“ 悬 浮 ” 状 态 ， 块 状 混 合 料各 方位 受到 热 气流 均 匀“ 冲 击 ” ， 达 到干 燥 表层 水 分 的 目的 。 湿 热气流 出气 口置于 干燥 室上 端 。 螺旋 叶 片下端 热气 流含 水 量 较 低 受 上 端 引 风机 产 生 的负 压 “ 驱 使 ” 自下 而上 窜 动 ， 与 因受 到激振 力和 重 力共 同作 用而 自上 翻滚 而 下的 回 收 料形 成 逆 流式 热 交换 ，最 大 限度 地 提 升 干燥 加 热 的效 率 。引风 口处 的气流 经过 除尘 系统 后排 出 。为 了形成 一个 相 对密封 的干燥 室 干燥 后 的物料 经 由螺旋输 送 机较 均匀 地送 入微 波加 热环节 。 2 2 隧 道 式 微 波加 热 设 备 图4 为 隧道 式 微 波加 热 设备 的简 易模 型 示意 图 ， 其 工 5 7 RM CM 一一 作过 程 为 ：表层 经 过 除水 的 旧沥 青混 凝 土 回收 料 由皮 带 输送 机 送入 微 波 加热 室 。 此微 波 加 热器 采 用谐 振腔 形 式 ， 磁控 管布 置于 加 热器 的顶 端 为 了避免 加 热盲 区 ， 达 到 加 热均 衡 的 目的 ， 根 据 相位 互 补 的原 则 ， 各 个磁 控 管 阵列 交 错 排列 ， 具体 方式见 图5 。 磁 D 口 D 口 C罾 导 轨 图 6 图4 中 的A A视 图 由于 微 波加 热 室对 不 同集 料 的加 热效 率 不 同 。可 以 在 出料 口设 立 红外 温度 监 测点 。在 较短 的时 间 间隔 内连 续测 温 后取 平均 值 ， 将 其 与 实际 工程 要 求对 比， 再 通过 反 馈作 用 控制 变频 电机 的转 速来 调 节加 热 时 间 ，以保证 温 度满 足 厂拌 热再 生 的要 求 。含 水率 较低 的废 旧沥 青 混合 料在 微 波加 热 的过 程 中仍 会积 累 水蒸 气 ，不及 时排 出 会 造成 微 波击 穿 、损坏 磁 控 管 故 需 在进 口处设 立 抽 湿风 扇 ， 将 水蒸 气 排 出 加 热室 外 。再 者 ， 为防 止微 波 泄 漏 ， 在 进 、 出 口设 置微 波抑 制 器 。 长 时 间使 用后 的皮带 会 出现 松 弛 现 象 ， 调 节 皮 带张 紧 装置 可 以避 免 此类 问题 2 3 新 型 干 燥 加 热 模 拟 装 置 及 试 验 根据 热风 、微 波 组合 干燥 加 热技 术研 究 及 新型 旧沥 青混 凝土 回 收料 干燥 加 热装 置 设计 方案 ，制作 了一 种 试 验 模 拟装 置 。初 步 设定 该模 拟 装置 的 生产 能 力为 1 t h ， 目标 是 把 初 始 含 水 量 为3 的 旧沥 青 混 凝 土 回 收 料 从 室 温2 6加 热到 可再 生 的回 收温 度 1 6 0 o 【 = 热 风 由热 风 机 模 拟送 入 ， 从 入 料 到 出 料 历 时7 mi n ， 对 出 料成 品 的 针 入 度 、 延 度 等 指标 进 行 检 测 ， 试 验 结 果 表 明 ： 所 研 制 的装 置 性能 良好 ，成 品 回 收料 符合 旧沥青 混凝 土 回收 利用 的各 项 工 程指 标 要 求 。 可 以用于 实 际 工程 。 3 结 语 ( 1 )现 有 的 旧沥 青 混凝 土 回 收料 干燥 加 热 主 要 以第 二烘 干筒 厂拌 热 再 生 回收 的形 式 为主 此 方法 存在 旧沥 青成 分 二次 老 化 、 焦 化 、 产 生“ 蓝烟 ” 以及 回收料 添 加 比例 低 的缺 陷 。 ( 2 )综 合 权 衡 热 风 、 微 波 组 合 干 燥 加 热 技 术 微 波 加 热高 成 本 的 问题 ，从 温 度梯 度 和水 分子 转 移两 个 方面 考 虑 ， 采 取 先 干 燥 、 后 加 热 、 再 搅 拌 的 工 艺流 程 ， 实 现 了热 风 、微波 组 合 干燥技 术 在 旧沥 青混 凝 土 回收领 域 的合 理 应 用 。 ( 3 )立式 螺旋 热 风 干燥 器 充 分利 用 新 骨料 烘 干筒 产 生 的“ 废气 ” 作 为热 气 源 ， 对 回收 料进 行 干燥 和初 加 热 ； 隧 道 式微 波 加 热 装 置利 用 微 波 能 “ 冷热 源 ” 和 高 效 的特 点 把 回 收料加 热 到 回收 温度 。两 者 结合 。 实现 了高质 量 、 高 效率 回收 旧沥 青 混凝 土 的 目的 。 ( 4 )对 旧沥 青 混凝 土 回 收 方案 进 行 设 计 ， 并 结 合 模 拟 装置 试验 验 证 ， 所研 制 的装置 性 能优 异 ， 回收料 品 质 良 好 ， 添 加 比例 高 ， 节 能环 保 ， 可 以用于 实 际工 程 。 参考 文 献 ： 1 雒拓 微波加热旧沥青混合料技 术及装置的研究 D 西安 ： 长 安大学， 2 0 0 9 2 高子渝 ， 焦 生杰 微波加热 旧沥青混合料的应用研 究 J 筑路机 械 与施 工机械化 ， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 1 0 ) ： 2 9 3 1 3 高 平， 王 强， 高子渝 微波加热在厂拌热再生中的应用_ J 建 筑机械化 ， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 5 1 5 3 收 稿 日期 ： 2 01 2 - 09 - 2 6 责 任 编 辑 ： 谭 忠 华