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(xiàn)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(shù)、塑性指數(shù)等指標的數(shù)值大小，并首次給出了回收粉塵的總平均粒徑范圍，為一級除塵器的設計、選型提供參考依據(jù)。

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(tǒng)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(jié)構(gòu)[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(tǒng)的氣體預處理設備使用，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，從烘干筒排出的粉塵經(jīng)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(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(zhì)進行研究就顯得非常必要，這對節(jié)約施工成本、環(huán)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(fā)明開始旋風除塵器便在氣固分離領域大量使用，現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)流。在旋轉(zhuǎn)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(qū)別是：分離筒圓筒部分較高，錐體較?。贿M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(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行平穩(wěn)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?，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(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(nèi)部原有的圓筒形導流板改成2塊可調(diào)整方向?qū)Я靼搴?塊固定導流板的結(jié)構(gòu)形式。正常工作時可根據(jù)需要調(diào)整的導流板方向來調(diào)節(jié)除塵器中流體的流動速度和軌跡，從而達到調(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個特點：一是蝸殼體為漸開線或者對數(shù)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(wěn)的過渡過程；二是可通過調(diào)整導流板的方向來調(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(xiàn)問題，可及時進行維修。

目前，國內(nèi)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(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)形式起絕對作用。為比較不同一級除塵器的除塵性能，在工地現(xiàn)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(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(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(jié)果見表2。

同樣，蝸殼除塵器在不同的工地現(xiàn)場，所得的試驗數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)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(jié)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(nèi)。

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(jù)粉塵粒徑的變化，調(diào)整導流板之間的相對位置，抑制除塵器由于結(jié)構(gòu)不對稱引起的渦核擺動現(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

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(guī)范》（JTG F40—2004）中規(guī)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(shù)不得大于4%。

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

可知，回收粉各項性能指標符合規(guī)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(nèi)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(jù)冷骨料的含水量、各料倉供料情況來調(diào)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(jié)力下降，進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(jié)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(nèi)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(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，其性能指標符合規(guī)范要求，經(jīng)試驗驗證：表觀相對密度在2.5～2.7 t·m-3、親水系數(shù)在065～086、塑性指數(shù)小于1，主要性能指標滿足要求。

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[責任編輯：杜衛(wèi)華]endprint