砂石骨料烘干設備節能降耗分析及控制

侯建強，楊森

（福建南方路面機械有限公司，福建 泉州 362021）

瀝青攪拌設備為生產瀝青混合料的專用設備，生產過程中各個環節的能耗可謂巨大。其中，能耗主要有兩方面，電能損耗和熱能損耗，通過現場數據的統計及計算，熱能損耗占比稍高一點。電能損耗存在于每一個部件中，在此不做贅述。而熱能損耗作為生產過程中耗能最大，污染最嚴重的模塊，受到大家廣泛的重視。干燥滾筒作為烘干骨料的主要設備，如何在生產過程中節能降耗，成為目前發展可持續綠色瀝青攪拌站的關鍵點。干燥滾筒在烘干過程中，從前端的上料，內部的干燥以及后面的出料和除塵，形成烘干熱系統，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，密封性能以及內部結構。通過控制這幾個因素達到最佳運行工況，從而達到骨料烘干設備的節能降耗。

1 原材料屬性

原材料一般指瀝青混合料中的砂石骨料。根據來源不同，主要有河砂、海砂、機制砂、尾礦砂等幾種形式，導致原材料的物理及化學屬性各有不同。一般而言，主要通過粒形、級配和含水率三個方面來判斷原材料好壞。

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、不規則型、片狀、角狀及細長型，主要影響骨料的堆積密度，孔隙率等，對滾筒而言，較差的粒形容易對滾筒產生較大的磨損，降低使用壽命。

1.2 級配

級配指原材料中各級粒徑顆粒的分配情況。可以通過篩分各級篩余量判斷級配，通過細度模數判斷砂石的粗細分布。其中，砂石骨料中粗細比例的不同，影響滾筒的換熱效率，在滾筒烘干骨料的過程中，砂石骨料主要通過火焰輻射和煙氣熱傳導進行換熱，骨料顆粒越小，其單位質量下骨料的表面積就越大，與火焰及煙氣接觸的機會就會增多，更容易被加熱，熱效率更高，從而影響熱能的利用率，降低過高尾氣排出帶走的熱量，達到節能的目的。

1.3 含水率

圖1 烘干熱系統

含水率指水分質量在骨料中的占比。一般烘干瀝青原材料要求含水率在5%以下，烘干后達到140～170℃。在理想假設條件下，骨料的干燥分為兩個過程，第一過程是把骨料加熱到100℃，去除里面的水分；第二過程是再把骨料從100℃加熱到140～170℃。在此過程中，如果含水率過高，在原材料質量不變的情況下，需要去除的水的質量增加，增加了第一過程的反應時間，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，導致燃料使用更多。如果含水率過低，在原材料質量不變的情況下，需要去除的水的質量減少，確保骨料輸出溫度不變，那么排出的尾氣溫度就會增大，從而浪費一部分熱量。

所以，對于原材料而言，控制好其級配和含水率能確保熱能的充分利用。級配是客戶生產需求無法改變的。而含水率可以通過前端的料場控制，用物理方法控制含水率較高的情況，比如修骨料斜坡進行排水，上料時從上往下，就可以有效控制含水率過度的問題。

2 保溫性能

干燥滾筒是一個換熱的筒體結構，外筒體由鋼板卷圓焊接制成。在生產過程中，筒體通過火焰的熱輻射以及骨料的接觸熱傳導，筒體將處于高溫狀態，因為自由散熱的原因，筒體會往外輻射熱量，造成熱能的損失。為了避免此種情況，在滾筒的外圈會包有一層保溫巖棉，起到保溫、隔熱和降噪的作用，從而使滾筒自由散熱大大減小，而且避免了高溫傷人的安全風險。

3 密封性能

干燥滾筒作為一個轉動件，在其前端和后端一般會有靜態的進料端座和出料端座，通過活動密封的形式與滾筒相連。在運轉過程中，密封結構難免會有縫隙，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，可能會導致攪拌站環保污染，造成骨料浪費，人工維護成本增高；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，需要在生產前檢測各密封件緊固件是否牢靠，防止煙氣和骨料的泄漏。對于滾筒結構導致的骨料泄漏，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

滾筒內部結構，作為骨料與熱源的換熱的關鍵點，主要依靠內部的揚料葉片和含料葉片系統。揚料葉片系統，是一種隨圓周均布的刮料葉片，隨著滾筒的轉動，將骨料提升和拋撒，在滾筒內形成料簾，與煙氣進行直接對流換熱。料簾分布的均勻性，影響骨料與煙氣接觸的機會，從而影響換熱效果。含料葉片系統，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，實現與火焰間接換熱。在使骨料不與火焰進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，內部葉片結構的好壞直接影響換熱效果。

葉片系統的合理性結構及布置成為影響滾筒換熱的關鍵點。對于揚料葉片系統，設計了一種特有的開缺口葉片結構，并軸向交錯布置，讓骨料在圓周運動從前至后的過程中，都能均勻拋灑，提高料簾的密度及均勻性；除此之外，通過改變葉片的數量以及葉片的折彎角度，也可以達到更好的效果；對于含料葉片系統，設計了一種密封式盒子葉片，不包裹骨料，而骨料在盒子上面運動，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筒體升溫過高，減少滾筒熱量的損耗。以此，兩種葉片系統結構改進及分布的合理性，能有效提升滾筒換熱效率，降低能耗損失。

5 變頻控制

在實際生產過程中，烘干骨料的工況比較復雜，比如含水率波動，級配變化，產量不同等，都會對骨料的烘干質量產生一定的影響。為了保證骨料烘干質量，一般通過調節葉片結構可以實現，也能充分利用熱能，但每次都需要人工進行干預，而且更換時間較久，不能起到立竿見影的效果。如果工況改變，不改變結構，那么能耗勢必會造成浪費。比如設計產量為100t/h，實際產量為50t/h，不改變內部葉片結構，這將大大導致骨料換熱時間過久，骨料溫度過高，而尾氣溫度過低的原因，通過降低燃燒器輸出雖說也能滿足，但滾筒的性能未發揮到極致。不管是設備使用、熱能浪費還是人工成本都具有不同程度的影響。

為了適應各種復雜工況的生產條件，選用變頻風機和滾筒變頻轉速的設計，根據不同工況變頻調節滾筒轉速，提高或減小換熱次數，再通過調節風機，維持除塵器的正常工作工況。如骨料含水率過高，此時需要的熱量就比以前大，可以通過調節燃燒器輸出比例進行調節。但是骨料在滾筒內部的換熱和結構有關，無法改變，此時就可以通過變頻增大滾筒轉速，提高骨料被拋撒的次數，提升總體換熱。對于熱源利用過高，可能存在尾氣溫度過低，布袋結露的情況，就可以通過變頻增大引風機頻率，讓煙氣在滾筒內停留時間減少，提升煙氣排放到除塵器的溫度。通過以上熱系統各部分聯動變頻調節，省去了人工維護成本，達到設備的最佳利用效率。

6 結語

干燥滾筒作為瀝青攪拌設備中耗能占比較大的部件，其中熱能消耗占比極大。在骨料烘干過程中，從前端到后端，影響熱系統的因素很多。針對不用工況，通過控制原材料屬性、外部保溫密封、內部滾筒結構以及滾筒和風機的變頻調節，從整個烘干過程對各部分熱能消耗進行預防和改善，提高各部分耗能合理化，從而實現烘干設備的節能降耗。這也是未來發展節能型綠色設備的趨勢。