【摘要】介绍了国内沥青搅拌设备产品的情况,提出了应科学地使用设备以实现节能减排;对燃烧器和燃料等方面进行探讨,分析了强化燃烧技术方面的有关理论知识,并论述了重渣油的节能应用技术。
【Abstract】 The situation of domestic asphalt mixing plant products was introduced, and a suggestion was made that the equipment should be used scientifically in order to achieve the goal of energy-saving and emission re-duction. The burner and fuel were discussed; theories about effective burning were analyzed, and the energy-saving technology for heavy residue was expounded.
【关键词】沥青搅拌设备;燃烧器;重渣油;节能
【Key words】 asphalt mixing plant; burner; heavy residue; energy-saving
中图分类号:U415.52 文献标志码:B 文章编号:1000-033X(2012)05-0080-02
0 引言
2011年3月5日,温家宝总理在政府工作报告中正式披露,“十二五”的单位GDP能耗下降目标确定为16%,同时公布的还有新增的约束性指标,二氧化碳排放降低17%,以及非化石能源占一次能源消费比重上升至11.4%等。其中交通行业不仅要消耗大量能源,还要排放大量废弃物,这将在很大程度上影响着整个社会节能目标的实现与减排夙愿的达成。
沥青混凝土搅拌设备作为公路建设的主要专用设备,发挥着举足轻重的作用[1-2],如果在节能方面对它加以改进,就会获得更大的经济效益。目前的沥青搅拌设备,基本都采用柴油作为燃料,随着技术的进一步更新换代,重渣油以及煤粉开始作为主要燃料,这将大大增强节能效果,既保证设备的正常运转,又消除资源浪费。
1 搅拌设备的节能措施研究
首先是如何合理地布局拌和场地。如果能在施工场地布置大型的沥青拌和站,拌和料的运输费用就会大幅降低。其次是控制碎石的含水量。一般而言,碎石的含水量每增加1%,拌和楼的产量就会降低10%。控制碎石的含水量,不仅可以降低重油的消耗,也提高了设备的生产效率,同时还加快了施工速度。比如一套4000型的拌和设备,如果正确使用,1 h可生产300 t的拌和料;如果使用不当,1 h只生产了220 t的拌和料,在单位时间内消耗的能量是相同的,所以提高效率本身就是节能。
2 强化燃烧器的技术节能
从节能的角度考虑,减小换热器的体积会减轻质量和金属消耗,同时也会减少换热器消耗的功率。但这样的前提条件是必须增强换热器内的传热效率。由传热学可知换热器中的传热量为
Q=kFΔT(1)
式中:k——传热系数(W•( m2•K)-1);
F——传热面积(m2);
ΔT——冷热液体的平均温差(K)。
从式(1)可以看出,欲增加传热量Q,可通过增大k、F或ΔT来实现。
2.1 增大冷热液体的平均温差
在冷热流体进出口温度相同时,换热器工作逆流的平均温差ΔT最大,顺流时ΔT最小。因此,为了增加传热量,应尽可能采用逆流或接近于逆流的布置。
2.2 扩大换热面积
增大换热量的最有效方法就是扩大换热面积。一般来说,管径越小,耐压越高,表面积就越大。如果采用各种形状的助片管来增加传热面积,效果就会更好。例如,如果管壳式换热器在1 m3 体积内仅能布置换热面积150 m2左右,那么在板式换热器中就可达到1 500 m2,板翅式换热器甚至更可达5 000 m2。因此,使用传热量大的换热器相对节能。
2.3 提高传热系数
提高传热系数k是强化传热的首选,一旦确定换热面积和平均温差,提高传热系数k就是增加换热量的惟一途径。传热系数k可用下式计算。
k=(2)
式中:a——热液体和管壁之间的对流换热系数;
a——冷流体和管壁之间的对流换热系数;
d——管壁的厚度;
l——管壁的导热系数。
当金属壁很薄,导热系数k又很大时,d与l可以忽略不计。因此传热系数k可以近似写成:k=aa/(a+a )。由此可以看出,欲增大k,就需增大a和a,如果a和a的值相差较大时,就要增加其中较小的一个。要想增加对流换热系数,就需要根据对流换热的特点,采用不同的强化方法。
3 重渣油燃料节能
使用重渣油作为燃料,也有利于实现沥青搅拌设备的节能。在这种共识下,推广使用重渣油受到了各设备加工厂的重视。重渣油即重油,其特点是分子量大、粘度高,比重一般在0.82~0.95之间,比热为10 000~11 000 kcal•kg-1左右。其成分主要是碳水化合物,只有约0.1%~4%的硫黄及微量的无机化合物。重渣油的热值高,燃烧性能好,易于储存和输送。
3.1 重渣油特性
(1) 粘度大。粘度决定燃油的流动性能,粘度越大,流动性能越差,其性能也就越差;粘度越小,流动性能越强,其性能也就越好。重渣油的粘度随温度的变化而变化,温度高时粘度小,温度低时粘度大,因而温度低时或重油粘度高时,为了顺利地运输和雾化,必须进行加热升温。
(2) 含硫量高。重渣油中的硫可以单独存在,所以重渣油中硫的含量总是很高,而这种硫化物又会对各种设备造成不同程度的影响。所以应该选择硫含量较低的重渣油。
(3) 机械杂质较多。机械杂质指的是重渣油中的污染物,这种污染物会堵塞过滤网,还会加快油泵等设备的磨损。
(4) 水分含量高。重渣油中的水分是主要的杂质,所以燃料油在使用前必须做脱水处理,降低水分含量。
3.2 重渣油燃烧系统
3.2.1 质量要求
在选取重渣油时,一定要以质量为先。因为国内的炼油公司炼出的重渣油质量参差不齐,故在选取重渣油时要结合实际,既要考虑经济性,也要关注运输成本,但最关健的还是要注意重渣油的质量。只有选择燃烧性能良好、能满足使用要求的重渣油,才能够真正达到节能的目标。
3.2.2 油泵的选配
根据实际情况,最好预备低压泵、高压泵两套油泵,这样既保证了不间断生产,也有利于节能减排。
3.2.3 重渣油燃烧
重渣油若燃烧不完全,其排出的残质很容易粘堵布袋的缝隙,这样就会防碍粉尘从烟气中分离,导致粉尘难以从布袋上脱落,从而对布袋造成严重污染,除尘效果就会受到影响。所以说油雾化质量的好坏,也决定着燃烧效率的高低。衡量雾化质量的一个主要数据是雾化细度。一般来说,雾化气流中油滴的大小是千差万别的,油滴的直径越小,单位质量的表面积就会越大。例如1 cm3 的球形油滴,其表面积仅为4.83 cm2 ,但如果将其分成100个直径相同的小油滴时,它的表面积将会增加到1 200 cm2 ,整整增加了250倍。故而从雾化的角度来讲,要求雾化油滴的平均直径不仅要小,而且直径要尽量均匀。研究表明,喷射速度和燃烧温度是影响雾化质量的主要因素,油气间相对速度的平方值决定了雾化油滴的尺寸。一般而言,相对速度越大,雾化油滴越细;反之,雾化油滴越粗。同时,燃油温度也影响雾化油滴的大小,当燃油温度增加时,其表面张力和粘度就会下降,使雾化油滴的直径变小。
可以考虑从以下两方面来实现重渣油的高效燃烧。
一是提高燃油的雾化质量。燃油雾化质量的首要决定因素就是雾化器(即喷油嘴)。重渣油燃烧的效果取决于喷油嘴的类型,在喷油嘴定型的基础上,决定重油燃烧效果的就是油雾化质量。重渣油进行雾化的目的,是使油与空气在燃烧时接触的面积达到最大,这样它们才能在高温下与氧产生化学反应,才能进行完全燃烧并产生最大的热能。
雾化器按其工作形式可以分作两大类:一类是机械式(压力式和旋杯式)喷油嘴,另一类是介质式(以蒸汽或空气作介质)喷油嘴。压力式雾化喷油嘴的工作原理是借送入燃烧器的油的压力来实现雾化。旋杯式雾化喷油嘴的工作原理是利用高速旋转的金属杯使油通过中心轴内的油管注入转杯内壁,在内壁形成的油膜被高速从杯口甩出后而雾化。蒸汽雾化喷油嘴工作原理是当—定压力的蒸汽以很高的速度冲击油流时,把油流撕裂成很细的雾滴。蒸汽雾化喷油嘴又分为外混式和内混式两种。
二是实现良好的配风。燃烧器的质量一方面取决于喷油嘴,另一方面还与配风器有关。所谓的配风器,就是供给适量空气的设备。对配风器的要求如下。
(1) 要将空气分为两次送风,即一次风和二次风,要求第一次风量稍弱,达到总风量的1/3就可以了。这样做是为了避免油雾着火时因为空气不足而缺氧,继而分解并产生大量炭黑。
(2) 一次风必须是旋转的,这样才可以产生一个适当的凹流区,从而确保火焰的稳定。
(3) 二次风不再要求旋转,即使有小的旋流强度也无妨。二次风的目的是控制火焰的形状,使之早期与前面相混合。
4 结语
本文首先介绍了国内沥青搅拌设备产品的情况,提出了应科学地使用设备以实现节能减排;然后从燃烧器和燃料入手细致探讨,分析了强化燃烧技术方面的有关理论知识,论述了重渣油的节能应用技术。这是最切合实际的沥青搅拌节能措施,有很大的应用前景。
参考文献:
[1] 陈余良.LB-4000C型环保节能式沥青混合料搅拌设备[J].筑路机械与施工机械化,2008,25(6):32.
[2] 沈松云.筑养路机械的节能化[J].筑路机械与施工机械化,2000,23(4):58-60.
收稿日期:2011-09-15
[责任编辑:杜卫华]