沥青搅拌设备一级除尘器及回收粉性能试验

摘要：为了合理选择沥青搅拌设备的一级除尘器，提高除尘器回收粉尘的使用性能，对旋风、百叶窗和蜗壳三种不同形式除尘器的工作原理和特点进行了分析。在工地现场对3台4000型搅拌设备进行了回收粉试验，通过试验得出了一级除尘器回收粉尘的粒径、亲水系数、塑性指数等指标的数值大小，并首次给出了回收粉尘的总平均粒径范围，为一级除尘器的设计、选型提供参考依据。

关键词：沥青搅拌设备；一级除尘器；回收粉；试验

中图分类号：U415.52文献标志码：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

沥青搅拌设备的除尘系统一般由一级机械除尘器和二级袋式除尘器组成。一级除尘器的工作原理是通过粉尘颗粒所受各种力的作用捕集烟气中的粉尘，主要形式有重力除尘、旋风除尘和惯性分离式除尘设备及其衍生出的多种结构[1]。目前，搅拌设备常用的一级除尘器有蜗壳式除尘器、旋风除尘器和百叶窗式除尘器[24]。

这3种类型的除尘器一般作为沥青混合料搅拌设备除尘系统的气体预处理设备使用，其结构形式比较适合用于处理粉尘浓度高、气体流量大的场合。工作时，从烘干筒排出的粉尘经一级除尘器回收，剩余部分与加热的骨料一起送入到搅拌缸中，与沥青、矿粉搅拌成沥青混合料[56]。其中回收的粉m作为沥青混合料级配的一部分，粒径应控制在75 μm以上，如果回收粉尘粒径过小、级配含量波动较大的话，势必影响混合料级配，使吸附沥青总表面积减少、矿料颗粒表面裹覆的沥青油膜增厚，致使沥青混合料马歇尔稳定度和流值产生较大变化，影响沥青混合料质量[79]。

在沥青搅拌设备中适量使用回收粉尘，可减少矿粉的使用量，节约成本、能源和资源。美国在沥青混合料生产过程中，每年要产生600～800万t粉尘，其中80%～90%的粉尘又被重新利用。由于中国受到施工规范的限制，远未达到这个比例。因此，对一级除尘器工作性能和回收粉的性质进行研究就显得非常必要，这对节约施工成本、环境保护具有重要意义。

1一级除尘器及工作原理

1.1旋风除尘器

自发明开始旋风除尘器便在气固分离领域大量使用，现在沥青搅拌设备上应用最多、除尘效率较高的就是XLT/A型组合式和立式多管旋风除尘器。XLT/A型组合式除尘器由烟尘进口、圆筒、锥体、排灰口和排气口等结构组成。工作时，从烘干筒中抽出的烟气粉尘沿器壁以较快的速度从进口斜向进入除尘器，气流紧贴除尘器壁做螺旋运动，形成绕分离筒的旋转流。在旋转运动过程中，粉尘颗粒受到离心力作用不断被甩向筒壁。在各种力的相互作用下，烟气中的粉尘沿器壁逐渐滑落到排灰口，由螺旋输送机排出；没有被捕捉的尘粒随气流通过排气口逃逸。

YLT/A型组合式除尘器与一般旋风除尘器的区别是：分离筒圆筒部分较高，锥体较小；进气管倾斜，其轴线与水平成15°；排气管装有导流蜗壳，用于改变旋转气流方向。这种除尘器除尘效率较高，并具有布置紧凑和运行平稳等特点，但其耐磨性较差。

立式多管旋风除尘器由1个壳体和若干个立式旋风子组装而成，壳体上有烟气进出口、烟气分配室和储灰斗及排灰装置等。由于旋风子直径较小，在气流速度较大的情况下容易被磨损，后来逐渐用耐磨铸铁旋风子和陶瓷管旋风子代替钢板旋风子，但缺陷明显。现在这种除尘器使用较少。

1.2百叶窗式除尘器

百叶窗式除尘器主要由烟气进口、斜板、内斜板、排除口和百叶窗等结构组成。它能有效去除高温烟气中的大粒径粉尘颗粒，防止过热的尘粒损坏滤袋。除尘器左右端面为斜板，作用是让含尘烟气中的大颗粒粉尘在与之碰撞后，受重力的作用顺斜板滑入排尘口后分离。当含尘烟气进入沉降箱时，烟气中较大的粉尘颗粒在重力的作用下先碰撞到斜板，沿斜板滑入排灰口被分离；另外一些粉尘在向前运动时，受离心力和惯性力作用，改变方向甩向斜板上被分离；还有相当一部分粉尘随烟气撞击百叶窗叶片，由于百叶窗叶片具有弯曲角度，含尘气流撞击后速度减慢，烟气内的粉尘在重力沉降作用下被分离。

百叶窗叶片能加速气流急转速度，提高除尘效率，但过高的速度会引起已捕集粉尘的二次卷扬。因此，气流的适宜处理速度为10～15 m・s-1。叶板间的距离取20 mm，挡灰栅叶板与百叶窗挡灰栅轴线的倾角一般为30° ，百叶窗的主要缺点是栅格磨损较快，影响其使用寿命。因此，挡灰栅宜用耐磨钢材或铸铁制作。对于百叶窗式除尘器，含尘烟气冲撞百叶挡板的速度越高，气体流出速度越低，逃逸的粉尘量就越小，除尘效率越高。

百叶窗式除尘器的除尘效率稍低，对20 μm以下的粉尘颗粒不能较好的捕捉，在抽气率为10%，压力损失为400～500 Pa时，配合其他除尘器使用时的除尘效率见表1。

蜗壳式除尘器是一种依靠流体惯性力和离心力作用分离固体尘粒的除尘设备。它是在蜗壳浓缩分离器的基础上把内部原有的圆筒形导流板改成2块可调整方向导流板和1块固定导流板的结构形式。正常工作时可根据需要调整的导流板方向来调节除尘器中流体的流动速度和轨迹，从而达到调整除尘效率的目的。蜗壳除尘器内部流体压力损失较小，属低阻型除尘器。

蜗壳式除尘器具有2个特点：一是蜗壳体为渐开线或者对数螺旋线，可减轻气流对壳体的冲击和扰动，为气流提供一个较平稳的过渡过程；二是可通过调整导流板的方向来调节除尘效率，适合用来回收粉尘。作为一个单独总成，蜗壳体除尘器加工、安装较为方便，在使用过程中，若出现问题，可及时进行维修。

目前，国内沥青搅拌设备一级除尘一般采用蜗壳除尘器，而国外沥青搅拌设备一级除尘多采用百叶窗除尘器或重力除尘器。

2回收粉粒径试验

影响蜗壳除尘器颗粒分离的因素较多，如骨料的含泥量、含水率、加热温度，烘干筒的负压，燃烧产生的烟气温度、流速，除尘器的结构形式等[1013]，但除尘器的结构形式起绝对作用。为比较不同一级除尘器的除尘性能，在工地现场进行了验证试验。用3台4000型搅拌设备进行试验，除尘形式为百叶窗式和蜗壳式2种，在一级除尘器排灰口处取样，每种工况取3个样本，粉尘粒径先进行筛分，筛底粒径大小由日立S4800型场发射扫描电镜完成。粉尘颗粒形状见图2，粉尘的总平均粒径采用质量平均粒径的算法，见式（1）。

式中：di为筛分第i级颗粒的中间粒径（mm）；dm为筛底的中间粒径（μm）；yi为筛分第i级颗粒质量占总质量百分比（%）；ym为筛底质量占总质量百分比（%）。

显微镜下的粉尘并不是理想状态中的规则球形结构，其微观结构是由多个微小粉尘集聚形成结构疏松的粉尘体。在放大5 000倍后，从图中可以看出在大粒径的粉尘上吸附、粘连着许多粒径极细小的片状粉尘，筛底片状微尘粒径很小，一般不大于5 μm。

2.1百叶窗除尘器颗粒尺寸检测

在一级除尘螺旋出口取样检测，一级粉尘取样筛分结果见表2。

同样，蜗壳除尘器在不同的工地现场，所得的试验数据差异很大。这与粉尘粒径、冷骨料含泥量、烘干筒负压、除尘器结构及进口风速等因素有关，若冷骨料含泥量较大、它们之间的结合强度较弱或负压较大，这些都可能使尘粒径增大。因此，对于一级除尘器而言，回收粉总平均粒奖浠应在009～1 mm内。

为提高回收粉的粒径大小，首先应控制一级除尘器的进风量，风量的大小与烘干筒的负压、除尘器的进口风速密切相关；其次应根据粉尘粒径的变化，调整导流板之间的相对位置，抑制除尘器由于结构不对称引起的涡核摆动现象，减小除尘器椎体及排灰口附近出现的滞流和返混涡流，使粉尘易于分离[1420]。

3回收粉路用性能指标

从表2～4可以看出，回收粉中筛底占了相当大的比例，这些粉尘要作为矿粉的一部分添加到沥青混合料中，在《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40―2004）中规定：拌和机的粉尘可作为矿粉的一部分回收使用，但每盘用量不得超过填料总量的25%，掺有粉尘填料的塑性指数不得大于4%。

对筛底回收粉性质的试验研究主要依据现行《公路工程集料试验规范》（JTG E42―2005）的规定进行试验，如表5所示。

可知，回收粉各项性能指标符合规范要求，但值得说明的是，回收粉的细度、酸碱性和混合料中的粉尘参入量是一个变化值。这是因为粉尘细度受烘干筒的负压控制，负压越大，烘干筒内气流速度越快，被吸附的粉尘粒径就越大。在实际工作时，操作人员要随时根据冷骨料的含水量、各料仓供料情况来调整负压，因此被吸入一级除尘器回收粉的细度也是随时变化的；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，酸性变大将导致混合料的黏结力下降，进而降低混合料的水稳定性。另外从表2～4还可以看出，筛底所占筛分通过百分率也是波动变化的，这导致回收粉与矿粉的比例无法准确控制，影响混合料的级配。

4结语

（1）对3种类型的一级除尘器的工作原理和特点进行了分析，论述了国内和国外在沥青搅拌设备一级除尘器选择上的差异。

（2）对百叶窗除尘器和蜗壳除尘器所回收的粉尘粒径进行了试验研究，结果表明这2种类型的除尘器除尘效率较高；粉尘总平均粒径变化区间应在009～1 mm之内，满足施工要求。

（3）筛底回收粉作可为填料的一部分掺入到沥青混合料中，其性能指标符合规范要求，经试验验证：表观相对密度在2.5～2.7 t・m-3、亲水系数在065～086、塑性指数小于1，主要性能指标满足要求。

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