砂石骨料烘干设备节能降耗分析及控制

侯建强，杨森

（福建南方路面机械有限公司，福建 泉州 362021）

沥青搅拌设备为生产沥青混合料的专用设备，生产过程中各个环节的能耗可谓巨大。其中，能耗主要有两方面，电能损耗和热能损耗，通过现场数据的统计及计算，热能损耗占比稍高一点。电能损耗存在于每一个部件中，在此不做赘述。而热能损耗作为生产过程中耗能最大，污染最严重的模块，受到大家广泛的重视。干燥滚筒作为烘干骨料的主要设备，如何在生产过程中节能降耗，成为目前发展可持续绿色沥青搅拌站的关键点。干燥滚筒在烘干过程中，从前端的上料，内部的干燥以及后面的出料和除尘，形成烘干热系统，如图1所示，其主要受以下几方面的影响：原材料属性，保温性能，密封性能以及内部结构。通过控制这几个因素达到最佳运行工况，从而达到骨料烘干设备的节能降耗。

1 原材料属性

原材料一般指沥青混合料中的砂石骨料。根据来源不同，主要有河砂、海砂、机制砂、尾矿砂等几种形式，导致原材料的物理及化学属性各有不同。一般而言，主要通过粒形、级配和含水率三个方面来判断原材料好坏。

1.1 粒形

粒形指骨料的几何形状。一般按形状主要分为圆形、不规则型、片状、角状及细长型，主要影响骨料的堆积密度，孔隙率等，对滚筒而言，较差的粒形容易对滚筒产生较大的磨损，降低使用寿命。

1.2 级配

级配指原材料中各级粒径颗粒的分配情况。可以通过筛分各级筛余量判断级配，通过细度模数判断砂石的粗细分布。其中，砂石骨料中粗细比例的不同，影响滚筒的换热效率，在滚筒烘干骨料的过程中，砂石骨料主要通过火焰辐射和烟气热传导进行换热，骨料颗粒越小，其单位质量下骨料的表面积就越大，与火焰及烟气接触的机会就会增多，更容易被加热，热效率更高，从而影响热能的利用率，降低过高尾气排出带走的热量，达到节能的目的。

1.3 含水率

图1 烘干热系统

含水率指水分质量在骨料中的占比。一般烘干沥青原材料要求含水率在5%以下，烘干后达到140～170℃。在理想假设条件下，骨料的干燥分为两个过程，第一过程是把骨料加热到100℃，去除里面的水分；第二过程是再把骨料从100℃加热到140～170℃。在此过程中，如果含水率过高，在原材料质量不变的情况下，需要去除的水的质量增加，增加了第一过程的反应时间，并吸取了更多热量，为了满足骨料输出温度和尾气温度不变，就需要热源提供更多的热量，导致燃料使用更多。如果含水率过低，在原材料质量不变的情况下，需要去除的水的质量减少，确保骨料输出温度不变，那么排出的尾气温度就会增大，从而浪费一部分热量。

所以，对于原材料而言，控制好其级配和含水率能确保热能的充分利用。级配是客户生产需求无法改变的。而含水率可以通过前端的料场控制，用物理方法控制含水率较高的情况，比如修骨料斜坡进行排水，上料时从上往下，就可以有效控制含水率过度的问题。

2 保温性能

干燥滚筒是一个换热的筒体结构，外筒体由钢板卷圆焊接制成。在生产过程中，筒体通过火焰的热辐射以及骨料的接触热传导，筒体将处于高温状态，因为自由散热的原因，筒体会往外辐射热量，造成热能的损失。为了避免此种情况，在滚筒的外圈会包有一层保温岩棉，起到保温、隔热和降噪的作用，从而使滚筒自由散热大大减小，而且避免了高温伤人的安全风险。

3 密封性能

干燥滚筒作为一个转动件，在其前端和后端一般会有静态的进料端座和出料端座，通过活动密封的形式与滚筒相连。在运转过程中，密封结构难免会有缝隙，不管是骨料还是烟气都有可能从缝隙处漏出。如果骨料漏出，可能会导致搅拌站环保污染，造成骨料浪费，人工维护成本增高；如果烟气漏出，部分热量的散失除外，还有烟气中有害气体的污染。为了保证滚筒良好的密封性，需要在生产前检测各密封件紧固件是否牢靠，防止烟气和骨料的泄漏。对于滚筒结构导致的骨料泄漏，可以采用特殊的返料装置让骨料再次流回滚筒。

4 叶片系统

滚筒内部结构，作为骨料与热源的换热的关键点，主要依靠内部的扬料叶片和含料叶片系统。扬料叶片系统，是一种随圆周均布的刮料叶片，随着滚筒的转动，将骨料提升和抛撒，在滚筒内形成料帘，与烟气进行直接对流换热。料帘分布的均匀性，影响骨料与烟气接触的机会，从而影响换热效果。含料叶片系统，是一种沿周向均布的盒子类叶片，将骨料包裹并提升，火焰先辐射盒子叶片，再热传递给骨料，实现与火焰间接换热。在使骨料不与火焰进行直接接触的前提下，尽量使含料叶片中包含的骨料更多，可以使骨料受热更加充分。所以，内部叶片结构的好坏直接影响换热效果。

叶片系统的合理性结构及布置成为影响滚筒换热的关键点。对于扬料叶片系统，设计了一种特有的开缺口叶片结构，并轴向交错布置，让骨料在圆周运动从前至后的过程中，都能均匀抛洒，提高料帘的密度及均匀性；除此之外，通过改变叶片的数量以及叶片的折弯角度，也可以达到更好的效果；对于含料叶片系统，设计了一种密封式盒子叶片，不包裹骨料，而骨料在盒子上面运动，但不与火焰接触，把间接换热改为直接换热，而且密封式盒子叶片还能保护筒体升温过高，减少滚筒热量的损耗。以此，两种叶片系统结构改进及分布的合理性，能有效提升滚筒换热效率，降低能耗损失。

5 变频控制

在实际生产过程中，烘干骨料的工况比较复杂，比如含水率波动，级配变化，产量不同等，都会对骨料的烘干质量产生一定的影响。为了保证骨料烘干质量，一般通过调节叶片结构可以实现，也能充分利用热能，但每次都需要人工进行干预，而且更换时间较久，不能起到立竿见影的效果。如果工况改变，不改变结构，那么能耗势必会造成浪费。比如设计产量为100t/h，实际产量为50t/h，不改变内部叶片结构，这将大大导致骨料换热时间过久，骨料温度过高，而尾气温度过低的原因，通过降低燃烧器输出虽说也能满足，但滚筒的性能未发挥到极致。不管是设备使用、热能浪费还是人工成本都具有不同程度的影响。

为了适应各种复杂工况的生产条件，选用变频风机和滚筒变频转速的设计，根据不同工况变频调节滚筒转速，提高或减小换热次数，再通过调节风机，维持除尘器的正常工作工况。如骨料含水率过高，此时需要的热量就比以前大，可以通过调节燃烧器输出比例进行调节。但是骨料在滚筒内部的换热和结构有关，无法改变，此时就可以通过变频增大滚筒转速，提高骨料被抛撒的次数，提升总体换热。对于热源利用过高，可能存在尾气温度过低，布袋结露的情况，就可以通过变频增大引风机频率，让烟气在滚筒内停留时间减少，提升烟气排放到除尘器的温度。通过以上热系统各部分联动变频调节，省去了人工维护成本，达到设备的最佳利用效率。

6 结语

干燥滚筒作为沥青搅拌设备中耗能占比较大的部件，其中热能消耗占比极大。在骨料烘干过程中，从前端到后端，影响热系统的因素很多。针对不用工况，通过控制原材料属性、外部保温密封、内部滚筒结构以及滚筒和风机的变频调节，从整个烘干过程对各部分热能消耗进行预防和改善，提高各部分耗能合理化，从而实现烘干设备的节能降耗。这也是未来发展节能型绿色设备的趋势。