瀝青攪拌設備一級除塵器及回收粉性能試驗

謝立揚 魏俊偉

摘要：為了合理選擇瀝青攪拌設備的一級除塵器，提高除塵器回收粉塵的使用性能，對旋風、百葉窗和蝸殼三種不同形式除塵器的工作原理和特點進行了分析。在工地現場對3臺4000型攪拌設備進行了回收粉試驗，通過試驗得出了一級除塵器回收粉塵的粒徑、親水系數、塑性指數等指標的數值大小，并首次給出了回收粉塵的總平均粒徑范圍，為一級除塵器的設計、選型提供參考依據。

關鍵詞：瀝青攪拌設備；一級除塵器；回收粉；試驗

中圖分類號：U415.52文獻標志碼：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

瀝青攪拌設備的除塵系統一般由一級機械除塵器和二級袋式除塵器組成。一級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、旋風除塵和慣性分離式除塵設備及其衍生出的多種結構[1]。目前，攪拌設備常用的一級除塵器有蝸殼式除塵器、旋風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備除塵系統的氣體預處理設備使用，其結構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，從烘干筒排出的粉塵經一級除塵器回收，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配的一部分，粒徑應控制在75 μm以上，如果回收粉塵粒徑過小、級配含量波動較大的話，勢必影響混合料級配，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定度和流值產生較大變化，影響瀝青混合料質量[79]。

在瀝青攪拌設備中適量使用回收粉塵，可減少礦粉的使用量，節約成本、能源和資源。美國在瀝青混合料生產過程中，每年要產生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范的限制，遠未達到這個比例。因此，對一級除塵器工作性能和回收粉的性質進行研究就顯得非常必要，這對節約施工成本、環境保護具有重要意義。

1一級除塵器及工作原理

1.1旋風除塵器

自發明開始旋風除塵器便在氣固分離領域大量使用，現在瀝青攪拌設備上應用最多、除塵效率較高的就是XLT/A型組合式和立式多管旋風除塵器。XLT/A型組合式除塵器由煙塵進口、圓筒、錐體、排灰口和排氣口等結構組成。工作時，從烘干筒中抽出的煙氣粉塵沿器壁以較快的速度從進口斜向進入除塵器，氣流緊貼除塵器壁做螺旋運動，形成繞分離筒的旋轉流。在旋轉運動過程中，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除塵器的區別是：分離筒圓筒部分較高，錐體較小；進氣管傾斜，其軸線與水平成15°；排氣管裝有導流蝸殼，用于改變旋轉氣流方向。這種除塵器除塵效率較高，并具有布置緊湊和運行平穩等特點，但其耐磨性較差。

立式多管旋風除塵器由1個殼體和若干個立式旋風子組裝而成，殼體上有煙氣進出口、煙氣分配室和儲灰斗及排灰裝置等。由于旋風子直徑較小，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子和陶瓷管旋風子代替鋼板旋風子，但缺陷明顯。現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口、斜板、內斜板、排除口和百葉窗等結構組成。它能有效去除高溫煙氣中的大粒徑粉塵顆粒，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。當含塵煙氣進入沉降箱時，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動時，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速度，提高除塵效率，但過高的速度會引起已捕集粉塵的二次卷揚。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，配合其他除塵器使用時的除塵效率見表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備。它是在蝸殼濃縮分離器的基礎上把內部原有的圓筒形導流板改成2塊可調整方向導流板和1塊固定導流板的結構形式。正常工作時可根據需要調整的導流板方向來調節除塵器中流體的流動速度和軌跡，從而達到調整除塵效率的目的。蝸殼除塵器內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個特點：一是蝸殼體為漸開線或者對數螺旋線，可減輕氣流對殼體的沖擊和擾動，為氣流提供一個較平穩的過渡過程；二是可通過調整導流板的方向來調節除塵效率，適合用來回收粉塵。作為一個單獨總成，蝸殼體除塵器加工、安裝較為方便，在使用過程中，若出現問題，可及時進行維修。

目前，國內瀝青攪拌設備一級除塵一般采用蝸殼除塵器，而國外瀝青攪拌設備一級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

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，烘干筒的負壓，燃燒產生的煙氣溫度、流速，除塵器的結構形式等[1013]，但除塵器的結構形式起絕對作用。為比較不同一級除塵器的除塵性能，在工地現場進行了驗證試驗。用3臺4000型攪拌設備進行試驗，除塵形式為百葉窗式和蝸殼式2種，在一級除塵器排灰口處取樣，每種工況取3個樣本，粉塵粒徑先進行篩分，篩底粒徑大小由日立S4800型場發射掃描電鏡完成。粉塵顆粒形狀見圖2，粉塵的總平均粒徑采用質量平均粒徑的算法，見式（1）。

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

顯微鏡下的粉塵并不是理想狀態中的規則球形結構，其微觀結構是由多個微小粉塵集聚形成結構疏松的粉塵體。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

在一級除塵螺旋出口取樣檢測，一級粉塵取樣篩分結果見表2。

同樣，蝸殼除塵器在不同的工地現場，所得的試驗數據差異很大。這與粉塵粒徑、冷骨料含泥量、烘干筒負壓、除塵器結構及進口風速等因素有關，若冷骨料含泥量較大、它們之間的結合強度較弱或負壓較大，這些都可能使塵粒徑增大。因此，對于一級除塵器而言，回收粉總平均粒徑變化應在009～1 mm內。

為提高回收粉的粒徑大小，首先應控制一級除塵器的進風量，風量的大小與烘干筒的負壓、除塵器的進口風速密切相關；其次應根據粉塵粒徑的變化，調整導流板之間的相對位置，抑制除塵器由于結構不對稱引起的渦核擺動現象，減小除塵器椎體及排灰口附近出現的滯流和返混渦流，使粉塵易于分離[1420]。

3回收粉路用性能指標

從表2～4可以看出，回收粉中篩底占了相當大的比例，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規范》（JTG F40—2004）中規定：拌和機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不得大于4%。

對篩底回收粉性質的試驗研究主要依據現行《公路工程集料試驗規范》（JTG E42—2005）的規定進行試驗，如表5所示。

可知，回收粉各項性能指標符合規范要求，但值得說明的是，回收粉的細度、酸堿性和混合料中的粉塵參入量是一個變化值。這是因為粉塵細度受烘干筒的負壓控制，負壓越大，烘干筒內氣流速度越快，被吸附的粉塵粒徑就越大。在實際工作時，操作人員要隨時根據冷骨料的含水量、各料倉供料情況來調整負壓，因此被吸入一級除塵器回收粉的細度也是隨時變化的；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，酸性變大將導致混合料的黏結力下降，進而降低混合料的水穩定性。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變化的，這導致回收粉與礦粉的比例無法準確控制，影響混合料的級配。

4結語

（1）對3種類型的一級除塵器的工作原理和特點進行了分析，論述了國內和國外在瀝青攪拌設備一級除塵器選擇上的差異。

（2）對百葉窗除塵器和蝸殼除塵器所回收的粉塵粒徑進行了試驗研究，結果表明這2種類型的除塵器除塵效率較高；粉塵總平均粒徑變化區間應在009～1 mm之內，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，其性能指標符合規范要求，經試驗驗證：表觀相對密度在2.5～2.7 t·m-3、親水系數在065～086、塑性指數小于1，主要性能指標滿足要求。

參考文獻：

[1]王清華.旋風分離器結構改進的研究現狀和發展趨勢[J].鍋爐技術，2007，38（2）：59.

[2]邵承東.滾筒式瀝青混凝土攪拌設備除塵系統的配置設計[J].筑路機械與施工機械化，2001，18（4）：24.

[3]朱文天.瀝青混凝土攪拌設備的除塵技術[J].筑路機械與施工機械化，2000，17（4）：2325.

[4]謝立揚，王雪，張晨光.瀝青攪拌設備烘干筒物料顆粒運動分析[J].筑路機械與施工機械化，2011，28（10）：5760.

[5]王毅，沈強南，董漢方，等.礦粉和回收粉對瀝青混合料性能的影響研究[J].浙江交通職業技術學院學報，2007，8（4）：1618.

[6]劉平雨，王捷，丁建明.淺談回收粉對瀝青混合料性能的影響[J].現代交通技術，2008，5（1）：2224.

[7]鄭曉光，呂偉民.集料泥土污染對瀝青混合料水穩定性的影響[J].重慶交通學院學報，2005，24（4）：6770.

[8]范健，胡春波，張育林，等.剪切氣流驅動液滴運動的受力分析[J].實驗流體力學，2011，25（2）：512.

[9]李彩亭，李思民，曾光明，等.矩形斜板濕法除塵塔氣液兩相流數值模擬[J].湖南大學學報：自然科學版，2008，35（5）：7275.

[10]許衛疆，車得福，徐通模.非球形顆粒的阻力系數與升力系數的數值求解[J].西安交通大學學報，2006，40（3）：298301.

[11]齊學義，程效銳，肖聰，等.湍流邊界層中單顆粒的運動方程[J].蘭州理工大學學報，2004，30（3）：5557.

[12]董長銀，欒萬里，周生田，等.牛頓流體中的固體顆粒運動模型分析及應用[J].中國石油大學學報：自然科學版，2007，31（5）：5563.

[13]張永澤，李嘉，趙文謙.紊流中懸浮顆粒跟隨性對粒徑和密度的依賴性分析[J].四川水力發電，1997，16（2）：8388.

[14]李小川，胡亞非，熊建軍，等.基于脈動壓力時均值的除塵器氣液耦合研究[J].煤炭學報，2011，6（8）：14121416.

[15]李小川，胡亞非，張巍，等.濕式除塵器綜合運行參數的影響[J].中南大學學報：自然科學版，2013，44（2）：862866.

[16]李立清，胡薔，黃貴杰，等.環柵噴淋泡沫塔歐拉離散相模型三相除塵模擬[J].中國電機工程學報，2012，32（5）：6877.

[17]趙海波，鄭楚光.靜電增強濕式除塵器捕集可吸入顆粒物的定量描述[J].燃燒科學與技術，2007，13（2）：119125.

[18]王曉瑾，彭炯，陳晉南，等.除塵脫硫裝置氣液兩相流場的數值模擬[J].北京理工大學學報，2006，26（4）：356360.

[19]林官明.近壁面猝發湍流對顆粒物起塵機理的探討[J].中國環境科學，2008，28（5）：4650.

[20]李彩亭，蔡志紅，路培，等.傘罩除塵器內黑煙顆粒濃度分布特性的數值分析[J].湖南大學學報：自然科學版，2011，38（2）：7578.

[責任編輯：杜衛華]endprint