城市型沥青混合料搅拌设备的节能与环保技术

2018-03-01梁新文张永卫

建筑机械 2018年1期

解贞，梁新文，张永卫

（中交西安筑路机械有限公司，陕西西安 710200）

沥青混合料搅拌设备是各等级沥青公路路面施工机械的重要组成部分，在近几十年得到了长足的发展，在稳定性、精度、产能等指标方面都有明显的提高，但受市场承受能力及政策法规制约少的影响，整个行业都存在着只关心生产，不关心排放和能源损耗的情况。随着社会对环境问题的日益重视、国家新环保法的实施以及国家可持续发展的需要，很多地区已着手治理搅拌设备带来的环境污染和能源浪费问题。特别是在城市和城市周边，对搅拌设备能否施工，并满足国标、行标、地标等标准，环保要求和节能减排更加严格。

本文将从城市型沥青混合料搅拌设备（见图1）的环保主机、温拌装置、厂拌再生装置3个部分详细探讨，解决传统搅拌设备存在的问题，使之能达到相关规范要求，并满足对能源再利用、节能环保方面的需求。

1 环保主机节能环保技术

图1 整套城市型沥青混合料搅拌设备

1.1 搅拌设备粉尘、烟气的成分及危害

沥青混合料是一种复合材料，主要由沥青、粗骨料、细骨料、矿粉组成。沥青混合料搅拌设备在骨料的烘干、加热、筛分、搅拌等工作过程中均会产生一定量的粉尘，骨料在加热干燥过程中燃料燃烧时产生大量的氮硫氧化物，沥青在进行加热过程中挥发烟气（俗称兰烟）。

粉尘是机械过程（破碎、筛分、运输等）产生的微细粒子，是能在气体中分散（悬浮）一定时间的固体粒子，粒径范围很广，由细至0.1到数百μm不等。粉尘对人体健康、生产过程、产品质量、经济效益、环境和生态平衡等诸多方面产生不良影响。

烟气主要由液态烃类颗粒物和气态烃类衍生物组成，其中大部分是0.1～lμm的焦油细雾粒。沥青烟气成分中含有近200种有机污染物，主要是多环芳烃类物及少量氧、氮、硫的杂环混合物，主要有害成分为酚类、蒽萘类及苯并[a]芘。一般石油沥青含苯并[a]芘为0.1～27mg/kg，裂解石油沥青为4～272mg/kg。沥青烟气对环境和人体健康的影响非常明显，有较强的致癌作用。

1.2 设备粉尘、烟气的处理

对于城市型沥青混合料搅拌设备，考虑到通用性及环保指标，除主除尘器外，通常冷配系统和通风系统各增加1个布袋除尘器。所有布袋除尘器负责含尘空气的过滤，粉尘的捕捉、分离、排放浓度小于20mg/m3，远远低于国标、地标的要求。因环保系统含尘空气温度较低，单独设置可减少对主布袋除尘器系统的影响，同时针对低温除尘，选取不同的滤袋材料和清吹方式，可以更好的适合工况。对不同除尘器过滤分离后的粉尘，用螺旋收集在一起，回收到粉料罐内暂存。同时配有粉料外排系统，可直排到粉罐车，也可通过水搅拌装置进行加湿处理，装车后运离。

通过对沥青烟气成分的深入研究，并对烟气的各种处理方式进行综合对比（见表1），提出了合理的沥青烟气处理方案。考虑到客户投入成本，提出两种不同的沥青烟气处理方案供客户选择，一种是对于主楼各卸料区及车道外泄的大量沥青烟气，以及罐区的有机废气，通过收集系统回收后，进入烘干筒进行二次燃烧，可以实现达标排放。这种方式优点是成本低廉，缺点是要求主烘干系统工作时才能处理烟气，并且随设备工况变动可能出现处理不彻底的现象，超标排放，并且污染布袋。第二种方式是针对高标准要求的地区和客户设计，采用专用的有机废气净化机。

通过对4家有实例的废气处理厂家进行现场参观交流，结合理论方案和监测报告，最后确定第二种专用的有机废气净化机方案为：主楼及车道沥青烟气通过等离子光催化一体机进行分解净化，沥青罐区烟气通过专用燃烧净化机进行焚烧处理，使用效果非常理想，排放远远低于国标，设备维护工作量小，安全稳定。

1.3 节能减排技术

烘干筒、热提、振动筛、热料仓、称量斗、搅拌锅、成品料仓全部采用高性能保温材料保温，通过全加热工艺过程保温，热量损失减少40%以上；优化筒体叶片布局，降低烟气温度，尾气温度可控制在90℃～100℃之间，降低热损耗；优化配料控制系统，减少废溢料，降低热损耗；采用软启及变频技术，降低电耗；所有布袋除尘器滤袋采用紧装配，确保无粉尘泄露；采用低氮燃烧器，可配燃气清洁能源，天然气燃烧充分，燃烧废气排放指标更低。同时，回收粉料中由于燃烧残留物的减少，大大提高了混合料的性能，形成良性循环。

表1 烟气处理方式综合对比

1.4 降噪技术

搅拌设备国标规定的环境噪音为85dB（A），远远超出城市周边环境噪声的限制，对于以工业区、仓储物流区为主的3类声环境功能区，厂界噪音日间限制为65dB（A），这就要求搅拌设备针对噪声源进行强力的降噪措施。沥青混合料城市型成套搅拌设备首先对引风机和燃烧器两大噪音大户进行了特殊处理，引风机外敷消音棉，在外部加盖隔音房，配有通风降温设施；燃烧器处加大了消音器的设计；另外，设备从烘干筒、热提、振动筛、热料仓、称量搅拌、成品料仓多个总成外加矿棉保温和降噪处理；同时主楼采用全包封结构，进一步降低材料运动以及设备自身的噪音。经实地检测，在厂界处，噪音低于65dB（A），满足3类声环境功能区的排放要求。

2 温拌装置节能环保技术

2.1 技术概况

图2 温拌系统生产工艺

研究温拌技术的初衷是减少沥青烟气对人体的危害。由于沥青烟在130℃～140℃左右产生，因此温拌沥青的温度上限限定在130℃，避免了沥青烟的产生。同时，根据环境保护部对几千吨混合料检测得出的综合数据，这套技术能够降低CO2排放56%，能耗降低22%，减少对人体有害的气体81%。

温拌沥青混合料（Warm Mix Asphalt，简称WMA），就是通过一定的技术措施，使沥青能在相对较低的温度下进行拌和及施工，同时保持其不低于热拌沥青混合料（Hot Mix Asphalt，简称HMA）的使用性能的沥青混合料技术，也称为温拌沥青技术。其技术关键是，在不损伤HMA路用性能的前提下如何降低沥青在较低温度下的拌和粘度。

目前，国内外制备温拌沥青混合料通常采用4种不同的方式实现，分别为：沥青—矿物法（Aspha-Min）、乳化沥青温拌法（Evotherm温拌剂）、有机添加剂法（Sasobit）和泡沫沥青温拌法。在国内，采用较多的是乳化沥青温拌法和有机添加剂法，即在沥青混合料拌和时添加Evotherm温拌剂或者Sasobit温拌剂来实现温拌，但是由于温拌剂成本较高，使得温拌沥青混合料的生产成本增加，并且其中温拌剂中所含化学成分对沥青性能也有一定的影响。

2.2 绿色发泡温拌技术

本文论述的绿色发泡温拌系统是在正常热拌沥青混合料生产过程中，在高温沥青中添加一定比例的水，使沥青急剧气化，体积迅速膨胀，生成泡沫沥青，并以泡沫沥青的形式喷入拌缸与集料拌和成沥青混合料（见图2）。泡沫沥青比沥青粘度低，但和易性增加，可以在较低的温度下充分裹覆集料，降低沥青混合料的拌和温度，实现泡沫沥青温拌混合料生产。

该技术的工艺流程主要由沥青供给系统、石料供给系统和水供给系统3部分组成。PLC主要根据沥青用量来控制水的注入量，沥青经过发泡后与石料和粉料混合形成低于130℃的无蓝烟的合格沥青混合料。

这种温拌沥青相比普通热拌沥青的优势明显，具体表现在：

（1）降低沥青老化程度，没有蓝烟和气味，改善工作环境。

特别适用于在城市道路、里巷道路等人口密集地区施工，对周围环境、空气质量影响非常小。也适合隧道沥青路面施工，为施工人员创造了良好的施工环境。

（2）将混合料温度降低了28℃～44℃，节省了14%以上的燃油消耗，以及50%以上的CO2排放。

（3）使用成本低廉，实现温拌不需要添加高昂的温拌剂，只需使用少量的水即可。

以年生产量30万t料为例，采用绿色发泡温拌技术，燃油消耗预计每年可节约108万元以上。发泡温拌与使用温拌剂比较，每年可节约900万元。

（4）搅拌站维修费用降低，搅拌站安全性提高。

（5）可使用高比例的再生料。

（6）延长施工季节，增加沥青路面施工灵活性、便利性。

温拌沥青技术可以使传统热拌沥青混合料对施工温度严格控制的要求得以放宽，可适当延长作业时间，保证压实质量；在较低环境温度下施工，延长施工期。

（7）铺筑的路性能更好、寿命更长。

2.3 绿色发泡温拌技术在城市专用间隙式搅拌设备中的应用

图3 绿色发泡温拌装置在城市型间歇搅拌设备的应用

绿色发泡温拌装置可使用在连续式沥青搅拌设备上，也可使用在各种规格的间歇式沥青搅拌设备上（见图3），具有安装方便、操控简单、计量准确、匹配性强、适应性广等特点，对普通沥青、改性沥青、橡胶沥青等各种热沥青均能达到良好的使用效果。

3 厂拌再生装置节能环保技术

3.1 技术概况

沥青路面厂拌热再生设备技术，是将回收的旧沥青路面混合料运至搅拌厂，经破碎、筛分、烘干加热（必要时加入再生添加剂），与新骨料、沥青及粉料等按一定级配重新拌和生成新的混合料，使之能够满足一定的路用材料性能的工艺技术。该项技术可广泛应用于旧路改造升级、高速公路大修、低等级路面的修筑，因其具有多重优点而受到国内外公路行业的重视。该技术降低了施工成本，节约了集料和沥青，保持了原路面的几何特性，保护环境，节约能源。目前，发达国家如美国、日本等再生料的回收再利用率都在80%以上。我国根据《十二五公路养护管理发展纲要》规划，到2015年全国公路养护废旧沥青路面材料的循环利用率达到40%。厂拌热再生应用最为普遍，再生效果较好。但在设备运行中也存在一些亟待解决的问题。本文重点研究和讨论回收料沥青老化、沥青烟气处理和级配问题。

3.2 先进厂拌再生技术

关于回收料沥青老化问题，回收料在加热过程中，为防止回收料直接接触明火，目前国内外产品主要采用热风炉或不带热风炉结构，所不同的是，带热风炉的结构。是将火焰燃烧区放在热风炉内，而干燥滚筒前端区域仅为进料区；不带热风炉的结构是将干燥滚筒延长，确保最大燃烧量时燃烧器的火焰长度仍小于筒体内预留火焰燃烧区的长度。但随着温度的升高，当直接加热温度达到450°以上时，沥青的针入度、延度都会发生变化，进而导致沥青不同程度的老化。针对该问题，采用带有二次风保护的加热系统，防止火焰与回收料直接接触的装置，防止由于高温回收料中的沥青产生蓝烟和老化，原理图如图4。

关于沥青烟气处理的问题。再生料中含有一定的水分（这与再生料存放的方式有着直接的关系），在干燥滚筒内加热或与高温新骨料接触时，都会产生水蒸气，以及析出轻质油分，产生环境污染。目前处理的方式有直接进入布袋除尘器处理，但此种方式存在较大污染问题。另一种方式是进入主机干燥滚筒进行二次燃烧，效果相对较好，但主机滚筒二次燃烧压力较大。充分研究分析后提出将再生沥青烟气分两路焚烧，一路将浓度较高的沥青烟气送至再生滚筒二次焚烧，同时降低筒体内高温烟气的温度；一路至主机干燥滚筒进行二次焚烧，这样可以大大减轻主机滚筒的压力，将浓度较高的沥青烟气进行二次燃烧，分流至主机滚筒的沥青烟气含量也会有一定程度的降低。

关于级配问题，由于铣刨回来的回收料细料较多，与原级配发生较大偏离，如果直接按原级配加入，再生混合料级配将发生变化。在施工现场一般将回收料分为10mm以下和以上两种规格，有的施工单位甚至不进行筛分直接使用，都会有不同程度级配难以控制的问题。

4 结束语

图4 厂拌热再生装置原理图

以上环保主机、温拌装置和厂拌再生开发的先进环保节能技术已经用于中交西筑城市型沥青混合料搅拌设备，经西安筑路机械测试中心检测，各项性能指标符合GB/T17808-2010《道路施工与养护机械设备沥青混合料搅拌设备》的标准规定和设计要求，其中各项节能环保指标很大程度优于国家标准（见表2）。经多个工地验证，有效控制了沥青混合料搅拌设备生产过程中产生的污染，保护了环境，避免了不必要的能源浪费，效果良好。