廠拌瀝青熱再生技術加熱難題破解

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摘要

目前的廠拌瀝青熱再生技術,雖然能夠對一些可再生資源進行回收利用,但是其處理工藝和效率還遠遠達不到人們對它的期望。研究廢舊瀝青再生料的加熱方式不僅是廠拌瀝青再生技術的核心問題,同時也是我國公路養護技術及可再生資源的回收利用率的重要課題。


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廠拌熱再生技術常見難題


 加熱問題

再生料加熱問題是瀝青熱再生技術中需要面對的首要問題 , 無論是廠拌再生,還是就地再生,都需要對再生料進行加熱。再生料加熱溫度的高低、加熱方式的選擇,受熱結構是否合理,將對后期成品料穩定性、設備運轉可靠性及連續性產生很大影響。再生料加熱在廠拌瀝青再生技術中起著承前啟后的作用,正所謂 “失之毫厘,謬以千里”,因此從一定程度上來講,廠拌瀝青熱再生技術的成敗取決于加熱是否得當。


粘接問題

再生料粘接問題是廠拌瀝青熱再生技術的衍生問題,從再生料溫度提高的那一刻起,粘接問題就對整個生產工藝進行制約。無論是在干燥滾筒,還是在暫存單元、再生料計量單元、溜管等處,粘接問題無處不在。粘接一方面與瀝青再生料的固有物理特性相關,另一方面與其加熱溫度息息相關。瀝青經過反復加熱,其機理及化學成分已經發生改變,再加上拌合廠粉塵污染,其粘接特性則表現得更為突出。解決廢舊瀝青料粘接問題,對于提升廠拌瀝青熱再生工藝的整體水平有一定幫助。


瀝青煙處理問題

瀝青煙是廢舊再生料加熱后化學特性的體現,加熱溫度的高低是影響瀝青煙化學成分的主要因素,由于其化學成份的復雜性及獨特的理化特性,瀝青煙的收集和處理是一項相當頭疼的技術。目前,常用的收集與處理有焚燒法、機械分離法、噴霧塔水膜洗滌法、活性炭吸附法、電除塵法等。僅僅用單一的除煙方法,很難對瀝青煙進行妥善處理,為此實際應用中多采取幾種方法并用。從另一角度講,處理好廢舊瀝青再生料加熱問題,也能在一定程度上降低瀝青煙的排放。

影響加熱問題材料因素


再生料規格

再生料不同于原生料,原生料有嚴格標準的配比,產地明確,粒徑規范。再生料的來源往往是比較雜亂的。一般來講,可以將再生料分為兩大類,即銑刨料和塊狀料。再生料種類不同,其加熱方式截然不同。銑刨料粒度較小,粒徑一般≤ 50mm,流動性強,受熱時需要較高的換熱效率。而塊裝料是首次破碎之后,未經嚴格二次破碎篩分而自然形成的大小不一的料,為此加熱時間需要長一些。在實際生產中,對于不同規格的再生料要因地制宜,需根據瀝青質與石料含量配比選取不同的加熱溫度、加熱結構及生產工藝。


瀝青牌號

常用的石油瀝青標號有 AH-50、AH- 70、AH-90、AH-110、AH-130 等。不 同 標號瀝青的軟化點不一樣,例如 AH-50 的軟化點在 45 ~ 55℃之間,而 A-200 的軟化點只有 30℃,通常它在 60℃以下不能流動,80℃以下流動性開始變差。新瀝青的閃點一般都在230℃左右,但廢舊瀝青在 140 ~ 150℃就開始老化,遇到明火可立即燃燒。在高于 180℃時,瀝青中的瀝青質裂解為游離碳,碳化物和瀝青質析出,嚴重影響瀝青的延展度和粘結性。


由此可見,廢舊瀝青料的組成成分決定了廠拌瀝青熱再生技術工藝流程及結構布置。根據再生料成份及加熱方式不同,眾多廠拌瀝青再生技術人員經過多年探索,逐漸形成了兩大加熱技術流派:按比例添加技術和全瀝青混合料再生技術。這兩種技術的核心同樣離不開一個控制——溫度控制。

加熱依據與原則

按照《公路瀝青路面施工技術規范》(JTJ032-94)規定,道路石油瀝青料的加熱溫度應為 150 ~ 170℃。而經過實際生產驗證,再生料加熱溫度一般要比理論規定溫度低30 ~ 50℃左右。這是因為,再生料中瀝青質經過長時間的風吹日曬,瀝青含量已經下降,成份也發生了降解與老化。從 2012 年陸德筑機在河北霸州投產的 LZG15 型全再生工地調試記錄可知,溫度一旦超過 140℃,瀝青料嚴重老化,并出現了著火燃燒現象。


瀝青再生料的加熱屬于一種化工工藝,加熱可分為 3 個工藝溫度區間,即高溫區間、中溫區間、低溫區間。加熱溫度在 520℃以上為高溫加熱,適用于塊狀瀝青料。150 ~ 350℃為中溫加熱,適用于銑刨瀝青料。150℃以下為低溫加熱,多用于再生料的傳遞、輸送、儲存。高溫加熱采用明火或電直接加熱,中溫加熱宜使用有機載體間接加熱,如熱風、紅外輻射等。低溫加熱宜用水、導熱油作為載體間接加熱,或采用太陽能直接加熱。


道路瀝青適用于有機載體熱的間接加熱,而一般的再生瀝青料和煤瀝青成份高的瀝青料適合于低溫加熱。這樣既能滿足道路施工對瀝青溫度的要求,又不至于因加熱而影響瀝青的質量。明火和電加熱屬于高溫加熱,直接用來加熱瀝青容易使瀝青老化變質。若用高溫直接加熱瀝青,必須采取適當的措施,如強制對流、循環加熱等,以控制瀝青加熱溫度和瀝青的熱交換。烘干筒加熱區結構布置如圖 1 所示:

影響加熱的設備因素

廠拌瀝青熱再生技術的再生料加熱效果,不僅取決于回收廢舊瀝青料的成分配比,而且也與熱再生設備的結構及生產工藝息息相關。


溫度控制因素

再生料的加熱不同于新集料的加熱,它的理論加熱溫度(出料溫度)應在 120 ~ 140℃之間,加熱時禁止明火與再生料直接接觸。對瀝青舊料進行間接加熱和持續保溫,需要用較長的時間。加熱后,要采取必要的的措施防止瀝青高溫老化。


一旦廢舊瀝青料的理論加熱溫度過高,將使再生料瀝青成份加速老化,大量瀝青質不斷揮發,瀝青漿變硬變脆,粘接性能銳減。這種情況在以塊狀料為主的全瀝青再生設備中表現尤為突出。廢舊瀝青料加熱溫度過低,大量的塊狀料無法熔透加熱,對于全再生瀝青設備而言則失去意義。對于按比例添加再生技術,盡管通過提高原生料溫度有利于解決再生料溫度過低的問題,但如果再生料溫度過低,往往會對再生設備的粘接及瀝青煙的排放產生致命影響,輕則下料不暢,重則會使設備停機。


設備結構因素

放眼市場上目前應用的廠拌熱再生設備,大多采用的都是專用再生加熱攪拌滾筒與燃燒爐組合形式進行加熱攪拌,再配以燃油 / 燃氣燃燒器進行熱源補充。按再生料進料方式不同,加熱方式又可分為逆流加熱和順流加熱。逆流加熱使用的廠家并不多,最有代表性的是三一重工 RZS120 型瀝青加熱攪拌裝置。逆流加熱的優勢在于:換熱效率極其高效,能夠快速升高再生料溫度,有利于降低尾氣溫度,大量的輻射熱可以得到充分利用。逆流加熱的不足在于:如果出料端結構設計不當,極易造成瀝青嚴重老化,影響施工質量。


順流加熱是當前廠拌瀝青熱再生技術中的主流加熱方式,其優勢是瀝青出料溫度容易保證。順流加熱的不足在于:熱量損失過大,尾氣溫度過高,綜合能耗較高。逆流加熱最有代表的產品有陸德筑機 ZLBS 系列、福建鐵拓RLBZ 系列,這兩種系列產品也代表了目前國內廠拌熱再生技術兩種方向。


引風系統因素

系統因素對再生瀝青料的加熱問題也不容忽視,最突出表現為引風系統。目前,廠拌熱再生的技術主要采用瀝青煙引入強拌干燥筒回燒技術。對于采用該技術的設備來講,如果主引風機風量過小,將造成再生引風系統壓力陡增,再生系統的燃燒不充分。同時還會引起再生加熱筒內溫度失穩,造成出料溫度階躍、尾氣溫度過高現象,輕則影響引風機壽命,重則引發安全事故。

產品設計要點


合理選用燃燒器

熱風技術是加熱瀝青再生料最理想的加熱方式。物料與明火的分離有利于避免瀝青料的老化變質,溫控效果顯著。鑒于目前熱風爐的成本較高,大多數生產廠家采用燃燒室作為熱風爐的替代產品。設計燃燒室時,需要重點權衡燃燒器與燃燒室長度的匹配問題。若燃燒器選用過大,燃燒室長度過小,容易引燃再生料。


科學使用自引風系統

除了合理選用燃燒器,科學使用引風系統也很關鍵。在早期的廠拌熱再生設計過程中,為了處理瀝青煙,引入了加熱攪拌滾筒引風自循環系統。其初衷是美好的,但往往在實際生產中收效甚微,自引風系統往往會打亂了燃燒室內的燃燒平衡,使得燃燒效果不理想,甚至會燒壞引火口甚至燃燒器。


合理布局

干燥滾筒的設計,需要明確燃燒區的長度及燃燒火焰的范圍,避開物料與明火的接觸區。抄板結構及布置方式首先要考慮換熱效率問題,其次應考慮瀝青料加熱后帶來的粘結影響。

來源:網絡



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