（交通运输工程专业论文）沥青搅拌设备节能研究.pdf

摘要 进入了二十一世纪后，中国的公路建设更是蓬勃发展，通车里程数直线增加。 至2 0 0 8 年底，全国公路总里程将达到3 7 3 万k m ，全国高速公路通车里程达到 6 0 3 0 2 k m ，二级以上公路里程达到4 0 万k m ，另一方面，我国8 0 年代初期以来修筑 的公路现在都进入大、中修期，每年约有1 0 的沥青路面需要翻修。这无疑给我国 的沥青搅拌设备行业带来了巨大的发展空间。但与此同时，绿色生产、环保及节 能政策的大力倡导，实施力度地加大，也给我国的沥青搅拌设备行业提出了严峻 的挑战。而现阶段，随着先进的搅拌设备的出现，较为落后的设备不可能全部被 更新，围绕着现有的设备进行改良不失为一个较好的方案。 本文以各大公司的沥青搅拌设备一般配制情况为研究对象，通过分析沥青混 合料生产过程中的能量损耗及环境污染状况，指出了目前在沥青混合料加热过程 中普遍存在的问题，提出了改用其它燃料的方案；在充分考虑节能与环保的基础 上，简述了热传递理论，介绍了重油、煤粉等节能燃料的燃烧情况；且为了满足 环保的要求，引进了较为先进的除尘系统；为了使一套成熟的燃烧系统能够全面 发挥它的作用，较为系统地介绍了搅拌设备在生产过程中的控制管理方法；本文 重点介绍了基于重油的燃烧设备如何才能实现其节能与环保等问题。 最后，作为对以上研究的论证，本文以实现节能及环保为目标，结合重庆渝 通公司的沥青拌和设备的实际配置情况，构建了重油燃烧系统，并阐述了在生产 过程中易出现的问题及解决方法，从而使搅拌设备真正实现节能与环保。 关键词：沥青搅拌设备；重油燃烧器；节能；环保 a b s t r a c t a f t e re n t e r i n gt h e2 1 s tc e n t u r y ，c h i n e s e h i g h w a yc o n s t r u c t i o ni s b o o m in g ，t h en u m b e ro ft r a f f icm ile a g ei n c r e a s e sr a p i d l y u pt o2 0 0 8 ，t h e t o t a ll e n g t ho ft h en a t i o n a lr o a dw i l la c h i e v e3 7 3m i l l i o nk m ，t h en a t i o n a l h i g h w a yr a il w a yt r a c ki nu s er e a c h6 3 t h o u s a n dk m , t h es e c o n d l e v e lh i g h w a v m il e a g ea c h i e v e s4 0 0t h o u s a n dk m ，o nt h eo t h e r h a n d ，t h er o a d st h a t c o n s t r u c t e di nt h e1 9 8 0 sn o wh a v ea c c e s st ot h er e b u i l d i n ga n dr e p a i rp e r i o d ， a b o u tl o o ft h eb i t u m e np a v e m e n tn e e do v e r h a u l e v e r yy e a r u n d o u b t e d l y t h i sg i v e st h eh u g ed e v e l o p m e n to p p o r t u n i t i e st oo u rc o u n t r y sa s p h a l t m i x i n ge q u i p m e n ti n d u s t r y b u ta tt h es a m et i m e ，a st h eg r e e np r o d u c t i o n ， t h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dt h ee n e r g yc o n s e r v a t i o np o l i c yi n v i t e d ， i m p l e m e n t a t i o nd y n a m i c se n l a r g e s ，i ta l s ob r i n g sg r e a tc h a l l e n g et oo u r c o u n t r y 7 sa s p h a l tm i x i n ge q u i p m e n ti n d u s t r y b u ta tt h ep r e s e n t s t a g e ， a l o n gw i t h t h ea d v a n c e d a g i t a t i o ne q u i p m e n t s a p p e a r a n c e ，t h e c o m p a r a t i v e l yb a c k w a r de q u i p m e n ti si m p o s s i b l et or e n e wc o m p l e t e l y ，t h e i m p r o v e m e n to ft h ee x i s t i n ge q u i p m e n t si sab e t t e rc h o i c e t h i sp a p e rt a k e sg e n e r a lc o n f i g u r a t i o no fb i gc o m p a n i e s a s p h a l tm i x i n g e q u i p m e n ta st h eo b j e c to ft h es t u d y t h r o u g ht h ea n a l y s i so fb i t u m i n o u s m i x t u r ep r o d u c t i o np r o c e s s si ne n e r g yl o s sa n dt h ee n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n ，i t p o i n t so u tb i t u m i n o u sm i x t u r et h e r m a lp r o c e s s u n i v e r s a le x i s t e n c eq u e s t i o na tp r e s e n t ，a n dp r o p o s e st h ep l a no fc h a n g e s t oo t h e rf u e l s ：i nt h ef u l lc o n s i d e r a t i o no f e n e r g yc o n s e r v a t i o na n d e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，t h er e s e a r c hs u m m a r i z e st h eh e a tt r a n s f e rt h e o r y 。 a n di n t r o d u c e so t h e rf u e l si n e n e r g yc o n s e r v a t i o n ，s u c ha sh e a v yo i l ， p u l v e r i z e dc o a l a n dt o s a t i s f yt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，i t i n t r o d u c e st h em o r ea d v a n c e dd u s tr e m o v a ls y s t e m ；i no r d e rt oe n a b l et h e s e to fam a t u r ec o m b u s t i o ns y s t e mt op l a yi t sr o l ec o m p l e t e l y ，t h er e s e a r c h s h o w st h ec o n t r o la n dm a n a g e m e n to ft h em i x i n ge q u i p m e n ti nt h ep r o d u c t i o n s y s t e m a t i c a l l y ；t h i sp a p e r ，b a s e do nt h eb u r n i n go fh e a v yo i l ， m a k e s e m p h a s i so nh o wt h ee q u i p m e n tc a nr e a li z ei t se n e r g yc o n s e r v a t i o na n d e n v i r o n m e n t a lp r o t e c ti o n 1 a s t ，a c c o r d i n gt ot h ec h o n g q i n gy u t o n gc o m p a n y sa c t u a la l l o c a t i o n o ft h ea s p h a l tm i x i n ge q u i p m e n t ，t h es y s t e mo ft h eb u r n i n go fh e a v yo il w i t ht h ev a l i d a t i o nf o r t h er e s e a r c hi sc o n s t r u c t e d ，t a k i n gt h ee n e r g y c o n s e r v a t i o na n dt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na si t sg o a l s o 。t h em i x i n g e q u i p m e n tc a na c h i e v et r u ee n e r g y s a v i n ga n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n k e yw o r d s ：a s p h a l tm i x i n gp l a n t ；h e a v yo i1b u r n e r ；e n e r g y ；e n v i r o n m e n t a l 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：吾乡莨 日期：) 一夕年毋月7e l 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不 限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权 利。 学位论文作者签名： 、l 专 良 日期：洲f 埠r ay j ，- 7 日 指导教师签名： 日期：上呻年 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c m q 系列 数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享 受相关权益。 学位论文作者签名： 日期：跏? 年 f 彰杏 f e - 月厂7e l 厂、 一久 日 ，呷蠡1，嵋 柳 l 争7 摹 名 年 獬户 蜊 甜 教 以 导 期指日 第一章绪论 1 第一章绪论 1 1 引言 随着国家“十一五规划的逐步实施，我国经济继续着健康迅速地发展。 根据我国社会经济的发展状况，交通规划部门预测我国公路交通发展未来将 表现出以下一些趋势： ( 1 ) 在今后较长的一段时间内，我国公路运输需求将随着社会经济的进一步发 展继续保持快速增长趋势。 ( 2 ) 对于公路运输量内部结构而言，公路客运量及旅客周转量的增长将明显快 于公路货运量及货物周转量的增长。 ( 3 ) 从我国公路运输需求的地域分布情况来看，随着西部大开发战略的实施、 东北等老工业基地的振兴，中西部地区公路运输量的增长速度将呈现出逐步加快 的趋势，但在较长的一段时期内，东部地区公路运输量所占的比重仍居于主导地 位。 ( 4 ) 人均出行次数的增加是我国公路客运快速增长的主要因素之一。2 0 0 2 年， 我国公路客运的人均出行次数为1 2 人次年，比1 9 9 0 年增长1 倍多。随着人民生 活水平的提高、私人汽车在家庭中的普及，预计我国公路客运的人均出行次数将 继续保持高增长。 ( 5 ) 随着工业化的进一步发展，货物运输中大宗货物、初级产品所占的份额将 继续下降，公路的货运强度将呈逐步降低趋势，但对运输的服务水平和服务质量 有更高的要求。 ( 6 ) 随着区域经济的发展以及公路基础设施和车辆的改进，中长距离公路运输 将进一步发展，预计公路运输平均运距将继续稳步增长。 ( 7 ) 主要公路通道交通量：2 0 0 3 年我国主要公路通道的平均交通量为1 5 0 0 0 辆 日( 小客车，下同) 。预计到2 0 1 0 年，我国主要公路通道的平均交通量将达到3 0 0 0 0 辆日，2 0 2 0 年将达到5 6 0 0 0 辆日，京沪等交通量较大路段预计可达到每天1 0 万 到1 3 万辆。 总结上述预测结果，可以得到以下结论： 第一，公路运输量：2 0 1 0 年，全国公路客运量和旅客周转量分别将比2 0 0 2 年 增长6 3 和8 3 ，公路货运量及货物周转量分别将比现在增长3 6 和4 4 ；2 0 2 0 年， 全国公路客运量和旅客周转量分别将比现在增长1 5 倍和2 2 倍，公路货运量及 货物周转量分别将比2 0 0 2 年增长o 8 倍和1 2 倍。 第二，主要公路通道交通量：2 0 1 0 年及2 0 2 0 年，我国主要公路通道平均交通 2 第一章绪论 量将达到3 0 0 0 0 辆日、5 6 0 0 0 辆日，分别是目前的2 倍和3 7 倍【l j 。 经济的快速发展将带来客货运输的快速增长，从高速公路的服务功能上看， 高速公路直接服务于汽车运输。横向比较世界各主要发达国家路网结构配置，高 速公路在整个公路网中所占比重很低，但却承担着较大比重的汽车行驶量。 至2 0 0 5 年底，我国的高速公路总里程已达到4 1 万公里，位居世界第二位。 除西藏外，各省、自治区和直辖市都已拥有高速公路，有1 0 个省份的高速公路里 程超过1 0 0 0 公里。辽宁省和山东省已实现了省会到地市全部由高速公路连接，长 江三角洲、珠江三角洲、环渤海等经济发达地区的高速公路网络也正在形成。随 着高速公路里程的不断延伸，规模效益逐步发挥，人们切身感受到高速公路带来 的时间、空间观念的变化。在山东、辽宁、广东、江苏等地，省会到地市当天可 以往返，这在过去难以想象。北京提出“迎奥运1 小时交通 的构想，重庆提出 建设“8 小时重庆 ，浙江的“4 小时公路交通圈 ，都正在逐步变成现实【2 】。 而在这公路建设高速发展的背后，对工程机械的性能要求也是逐步地提高。 随着社会发展，能源、资源消耗巨大，污染排放物不断增加【3 1 ；同时人们的 环境意识增强，对环境质量的要求越来越高。这就要求工程机械在工作过程中不 仅要力求节能，还要做到环保。 中国是目前世界上第二位能源生产国和消费国。能源供应持续增长，为经济 社会发展提供了重要的支撑。能源消费的快速增长，为世界能源市场创造了广阔 的发展空间。中国已经成为世界能源市场不可或缺的重要组成部分，对维护全球 能源安全，正在发挥着越来越重要的积极作用。 同时，中国政府高度重视环境保护，加强环境保护已经成为基本国策，社会 各界的环保意识普遍提高。1 9 9 2 年联合国环境与发展大会后，中国组织制定了中 国2 1 世纪议程，并综合运用法律、经济等手段全面加强环境保护，取得了积极 进展。中国的能源政策也把减少和有效治理能源开发利用过程中引起的环境破坏、 环境污染作为其主要内容。2 0 0 6 年，燃煤机组除尘设施安装率和废水排放达标率 达到近1 0 0 ，烟尘排放总量与1 9 8 0 年基本相当，单位电量烟尘排放减少了9 0 。 2 0 0 6 年，全国建成并投入运行的脱硫火力发电机组装机容量达1 0 4 亿千瓦，超过 前1 0 年的总和，装备脱硫设施的火力发电机组占火电总装机的比例由2 0 0 0 年的 2 提高到3 0 ，同时对在役的老发电机组亦将进行烟气脱硫改造。 在黑色路面建设施工过程中，最重要的一环莫过于拌合站的配置。而在拌合 站内，沥青混凝土搅拌设备的性能无疑是最为关键的，在节能以及环保方面也都 需要加大力度。 节能包括两方面内容。一是节约能源，在能源的开采、开发、运输、储藏过 程中，尽可能减少不必要的损失，从源头杜绝浪费，节约天然资源。二是节约能 第一章绪论 3 量，在能源的转换、利用过程中，不断提高能源转焕效率，做到物尽其用。这是 深层次的节能工作，包括机械节能、电力节能、动力节能及化工节能等，涉及的 范围又十分广泛。从动力系统、动力机械，到机械、冶金、纺织、交通、建筑、 控材、农业、轻工等领域都会涉及【4 】。 环保，顾名思义，环境保护。环境保护是我国的一项基本国策。随着我国国 民经济的蓬勃发展，公路建设步伐越来越大。近年来，我国公路总里程不断增长， 汽车保有量持续增加，公路在国民经济综合运输体系中的位置愈来愈重要。伴随 着公路的高速发展，公路污染、公路对周边环境影响等问题也大量凸现出来。如 何面对公路建设产生的环境问题，如何按照现阶段我国实际情况，分析评价公路 建设各阶段对环境的作用与影响，采取何种措施减少或杜绝公路环境污染、恢复 路域生态损失。这是摆在我们广大公路工作者面前的一项长期而艰巨的任务【5 i 。 1 2 国内外搅拌设备发展现状 1 2 1 国内外发展现状及存在的问题 近2 0 年来，我国公路交通事业发展迅猛，公路机械化施工因此获得巨大进步， 特别是对参与高速公路沥青路面工程建设的企业来说，拥有大型沥青混凝土搅拌 设备已是市场准入条件之一。 根据交通运输部“十一五 发展规划，“十一五 期间全国所有具备条件的 乡、镇建制村9 5 通公路和8 0 的建制村通沥青( 水泥) 路；到2 0 0 8 年底，全国公 路总里程达到3 7 3 万k m ，全国高速公路通车里程达到6 0 3 0 2 k m ，二级以上公路里 程达到4 0 万k m ，另一方面，我国8 0 年代初期以来修筑的公路现在都进入大、中 修期，每年约有1 0 的沥青路面需要翻修。这无疑给我国的沥青搅拌设备行业带来 了巨大的发展空间。 我国工程机械经过5 0 多年的发展，已经发展成为一个拥有2 0 多类产品、1 0 0 0 多亿元年产值的行业，在世界工程机械市场已占有一席之地。但是，国产机械能 耗高、噪声大、尾气排放不达标的情况一直没有得到解决。随着工程机械品种和 数量的不断增加，大量工程机械所消耗的资源、排放的污染物以及施工中产生的 噪声、粉尘等对环境产生了难以估计的负荷，而制造企业还没有彻底摆脱高能耗、 低效益、重污染、粗放式的传统模式。 鉴于我国沥青混凝土搅拌设备行业市场潜力巨大，国外品牌厂家纷纷入驻中 国，而我国本土企业在部分核心技术上仍落后于国外，受到牵制，虽然在中低端 领域仍能保持优势地位，但是高端领域成为了我国行业的软肋。在经济飞速发展 的带动下，近些年来涌现了一批优秀本土企业，获得了较好成绩，但是行业整体 形势不容乐观。 4 第一章绪论 具体地说： ( 1 ) 我国沥青混凝土搅拌设备起步晚，跟进快，设备设计、制造技术实现跃进， 整机设计实现突破，已居国际行业前列。 上世纪8 0 年代起步，十年后初显规模，最近几年加大了对行业先进技术的跟 进力度，在电子技术，智能技术方面取得一定突破。涌现了一批代表企业，如： 北京德基、徐工科技、西安筑路、无锡雪桃、南方路机等的6 0 多家沥青搅拌设备 生产制造企业，初步实现了产业规模化。 国内企业通过引进、消化和吸收国外的先进制造技术，如北京德基引进吸收 意大利玛连尼技术生产的德基沥青搅拌站，徐工科技引进了英国a c p 公司技术、 西安筑路引进英国p a r k e r 公司和德国边宁荷夫( b e n n i n g h o v e n ) 公司技术、南方 路机吸收了意大利和韩国的制造技术。通过吸收消化，使我国沥青混凝土搅拌设 备设计、制造技术取得全面飞跃。目前整机设计技术已居国际前沿水平。不足的 领域是：控制系统等关键零部件的设计、制造方面，尤其是钢构件的耐磨性能等 领域仍依赖进口。 ( 2 ) 国际品牌纷纷进入中国市场，提高了我国行业整体水平，引起激烈的竞争。 德国的边宁荷夫、瑞士阿曼( 舢叭n n ) 、日本的日工( n i k k o ) 和英国的g e n c o r ( 原a c p 公司) 等公司都已在中国设立了办事处。意大利的玛连尼( m a r i n i ) 和 加拿大的加隆( c a - l o n g ) 公司已经分别在河北的廊坊和邯郸建厂，就地制造、销 售拌和设备。外国品牌公司入驻我国，一方面提高了我国沥青搅拌设备的整体设 计和制造水平，另一方面引起了国内市场的激烈竞争。没有在中国办厂的外国著 名厂家也均在中国积极发展代理商，并且获得了一定的销售业绩。 ( 3 ) 行业销量增加，低端发展良好，高端市场欠缺，形成制约行业利润上升的 瓶颈，部分优秀企业在行业整体状态不利情况下，逆势上升，抓住近几年我国建 设市市场的高速发展，逐步形成产业规模。 从2 0 世纪9 0 年代末，国内每年需求的沥青混凝土搅拌设备数量逐年上升， 从2 0 0 3 年徐工科技等五家企业的统计数据来看，共计销售各类沥青混凝土搅拌设 备2 1 2 台，同比增长了2 6 以上，但其中以1 6 0 t h 以下的规格产品居多，大约占 到总销量的8 5 。产品的销售利润率不高已成为制约国内企业进一步发展的瓶颈之 一。 行业发展进入2 0 世纪9 0 年代后期以来，开始出现明显的分化，除了少数企 业经营状况比较良好以外，其它大多数企业则处于一种保本和亏损状态。主要由 于产业结构质量的低下，随着众多国际强势制造商以建厂和设立办事处等形式落 户中国后，国内生产企业销售业绩不容乐观，多数企业年销售徘徊在几台和十几 台之间。行业整体现状不容乐观。但一部分优势企业基本形成产业规模，规模效 第一章绪论 5 益已在个别企业明显体现出来，带动我国国内沥青混凝土搅拌设备行业健康发展。 ( 4 ) 国内产品以2 4 0 t h 以下产品居多，利润不高，国外产品或进口产品以 2 4 0 t h 以上的产品居多，利润高，高端不足明显。 ( 5 ) 没有掌握核心技术，凸显企业抗风险能力弱，各企业应加大研发力度，联 合攻关，争取早日拥有自主产权的核心技术和产品。 1 2 2 国内外发展现状及前景 由于国外的沥青路面出现的较早，其筑路机械发展水平很高，我们与国外的 设备差距还很大。欧美国家的沥青搅拌设备，已经成功地运用运用了很多智能控 制技术。功能很强大的设备，集成化的很精致，且设备的燃烧系统的效率较国内 厂家生产的高了很多，故未来的设备将向着规模化、集成化、人性化发展。 在环境问题已经受到全世界广泛关注的今天，产品设计已经不可回避地注重 节能环保设计，尽一切可能减少污染物排放、降低噪声和振动。加强人机工程学 设计，提高操作的智能化，对外观造型设计的要求也更高。 目前欧美发达国家正在通过采用一系列新的技术手段、措施或应用新型的环 保燃料来进一步降低排放、噪声等，努力适应第三次排放法规要求【6 】。有很多专 家认为，我国开发环保型工程机械首先应从产品设计开始。发动机是工程机械所 有系统中对环境影响最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪声、高效率的环保 型水冷增压柴油机能大大降低对环境的负荷；工程机械的高效节能也是环境保护 的重要一环，减少能源消耗即意味着减少对环境的污染。故选用电控高性能长寿 命节能型发动机是研制环保型机械最基本的一环；另外在设计时采用双泵分合流 技术、液压负荷传感技术、静液驱动技术等都可达到节能降耗的目的。 故有专家建议【7 - 9 】，环保型工程机械要首先采用能再生利用的材料和资源，在 各系统及部件设计中所选用的材料应是可回收、易分解、能再生，而且在加工和 使用过程中对环境无害的材料，特别是结构件的设计应尽可能采用比较容易装配 和分解的大模块化结构和无毒材料，提高工程机械材料的再生率。尽量采用低环 境负荷材料，工程机械零部件设计中应尽可能不使用氟利昂( 空调) 、含氯橡胶、 树脂及石棉等有害材料。另外，长寿命、低能耗及减轻重量应是工程机械的设计 原则。延长产品寿命就等于减少了机械的生产量和降低其报废量，降低产品能耗 可减少对环境的污染，而减轻产品重量即可减少材料和资源的消耗。要从减少环 境负荷的角度尽可以考虑各系列产品同类零部件的互换性和通用性。为此应在保 持主机各项性能参数前提下，尽量减少主机和附属作业装置或机具的体积和重量， 提高动力传动系统零部件的强度和耐久性能，实现液压系统的轻量化和高效率。 废弃零部件处理的污染最小化及综合成本最优化，工程机械产品在设计初始阶段 6 第一章绪论 就要考虑报废件处理简单、费用低和污染小，零部件要解体方便、破碎容易，能 焚烧处理或可作为燃料回收。 1 3 课题研究目的及意义 本论文的研究目标是通过对沥青搅拌设备的性能要求进行研究，改善或改良 系统的节能及环保性能，从而在全球都在注目能源危机及环境的今天，切实地做 到节能与环保。 对于沥青搅拌设备的研究，除功率问题外，有关搅拌流体学研究具有重要的 意义。这方面已做出了许多工作，但尚许需扩大及深入。对于搅拌器，除非遇有 特殊的任务，需要特殊设计外，现有的各种的搅拌器，尤其常用的框式、平奖式、 推进式和涡轮式等已足够应用。本文主要从选用节能燃料方面来探讨沥青搅拌设 备的节能及环保的可行性与具体的实施研究，并结合了实例：在一个原有的沥青 搅拌设备上增加了一套重油燃烧系统，将原来的燃烧系统作为备用系统。通过使 用，新的燃烧系统性能良好、运转正常。 国家的“十一五 规划也十分的重视节能与环保，即社会地可持续发展。 建设节能型社会是建设节约型社会的重要组成部分。如何在明确节能型社会涵义 的基础上评价社会的节能状况、缩小与先进的国家和地区的差距、进一步推动节 能型社会的建设，需要建立合理、可行的节能型社会指标体系，科学的评价在构 建节能型社会过程中取得的成绩、存在的问题和改进措施，推动节能型社会的建 设，使我国走上一条高产出、低能耗的可持续发展之路1 6 。木文的研究意义在于 通过建立一套节能的燃烧系统，以及改善的除尘设备，达到节能与环保的目的。 1 4 论文结构 全文共分六章，具体研究结构如下： 第一章绪论。介绍了该课题的研究背景，通过介绍国内外沥青搅拌设备的发 展现状及前景，阐明了本课题的研究目的及意义。 第二章沥青混凝土搅拌设备的节能研究。首先提出了在当前世界能源、经济 危机下节能的必要性与可行性，并简要介绍了国内主要沥青搅拌设备产品。对于 企业现有设备的配置状况，也提出了改选传热性能较高的燃烧器及采用节能能源， 以达到节能与环保的目的。 第三章沥青混凝土搅拌设备的环保研究。在介绍了全球范围内的环境保护 机制日益完善的基础上，急需发展绿色设备。而在当前国内普遍运行的设备上进 行绿色改造也变的十分急迫。重点介绍了当前企业采用较多的采用重渣油的沥青 搅拌设备，从生产源头至成品的各个环节，最大限度的控制粉尘，改善周围的环 第一章绪论 7 境。 第四章节能及环保的沥青混凝土搅拌设备的使用与维护研究。本章以就重渣 油燃烧系统的搅拌设备，论述了一个优秀的运转良好的节能设备，以及简单介绍 了一套较科学的管理方案。环境保护不仅与高端设备紧密相关，而且人为的因素 也很大，这就要求操作者与管理者首先把保护环境放到一定的高度，时刻不望生 产要与环保相结合，如此，才能真正的把环保运用的实践，造福于千秋后代。 第五章应用实例。以重庆渝通公司实际应用为例，结合作者多年来一线燃烧 系统改造的经验，结合型号为m a p 2 6 0 沥青搅拌设备，具体地阐述节能与环保是如 何在实践中运用的。 第六章总结与展望。 8第二章沥青混凝土搅拌设备的节能研究 第二章沥青混凝土搅拌设备的节能研究 2 1 引言 中国是目前世界上第二位能源生产国和消费国。能源供应持续增长，为经济 社会发展提供了重要的支撑。能源消费的快速增长，为世界能源市场创造了广阔 的发展空间。但是，与此同时，推进能源节约，已变成中国经济社会发展长期而 艰巨的战略任务，节约能源，是中国缓解资源约束的现实选择。中国全面落实能 源节约的措施是，建立节能型的产业体系，落实节能目标责任制和评价考核体系， 完善节能技术推广机制，鼓励节能技术和产品的研发，深化能源体制改革，完善 能源价格形成机制，充分发挥财政税收等经济政策对节能的推动作用【l 们。 2 2 沥青搅拌设备 沥青混凝土搅拌设备是公路建设的主要专用设备之一，它在公路建设中起着 举足轻重的作用。因此，为了取得更好的技术、经济效益，人们始终没有停止对 它的研究和探索。从间歇强制式搅拌设备( 传统式搅拌设备) 的诞生，到连续滚筒 式搅拌设备的问世，从间歇强制式搅拌设备的不断成熟，到连续滚筒式搅拌设备 的逐步完善，沥青混凝土搅拌设备已有突飞猛进的发展。 2 2 1 国内主要产品介绍 目前在中国销售的主要沥青搅拌设备的厂家的产品如下： 西安筑路机械有限公司作为国内最大的专业筑养路机械研发和制造企业，先 后引进开发出具有国际先进水平的h 系列环保节能型沥青混合料搅拌设备、j 系列 集装箱式沥青混合料搅拌设备。 南方路面机械有限公司，是中国混凝土设备和筑养路行业骨干企业，其综合 了国内外多种机型的优点，设计开发t l b 系列沥青混合料搅拌设备。整机热系统 动力设计采用欧洲标准体系，配合精确的称量系统，整机在燃耗、电力使用等方 面达到最佳匹配。 徐州工程机械科技股份有限公司，自1 9 9 5 年技术引进英国a c p 公司t i t h n 2 0 0 0 型沥青搅拌站以来，目前已经形成1 0 0 0 型、15 0 0 型、2 0 0 0 型、3 0 0 0 型、3 5 0 0 型、 4 0 0 0 型、5 0 0 0 型7 种规格的系列化产品，近期又相继推出了底置成品料仓、集装箱 式系列沥青搅拌设备、l r c 8 0 沥青厂拌热再生设备。 北京加隆工程机械有限公司创立于19 9 2 年是研究、设计、制造建筑工程机 械的专业化公司。其自主研发的沥青混合料拌合设备包括c l 一5 0 0 0 ，c l 一4 0 0 0 ， 第二章沥青混凝土搅拌设备的节能研究 9 c l - 3 0 0 0 ，c l - 2 0 0 0 等等型号。 辽阳筑路机械有限公司是中国高等级公路筑养路机械制造的骨干企业一。公 司生产辽筑牌l j s 0 0 - - 4 0 0 0 型系列沥青混合料搅拌设备。其中以辽筑牌l j d 一4 0 0 0 型沥青混合料搅拌设备“为代表的新一代产品采用欧洲现代技术综合国内外多 种机型优点，整机外型美观。布局合理，性能稳定，质量可靠。 安迈集团是世界公路建设设备生产的先导者之一，特别是在沥青拌和设备及 压实机械生产领域。成立于2 0 0 5 年的安迈工程设备( 上海) 有限公司以u n i g l o b e3 2 0 作为公司主流产品，以其高技术、高品质、高环保性能和一流的售后服务赢得了 中国客户的一致认可。 河南陆德筑机股份有限公司主要设计开发、生产、销售筑路机械与公路养护 机械其现有的系列强制式沥青混合料搅拌设备包括l b q 5 0 0 - 4 0 0 0 型共1 2 种。公 司生产的l b 系列沥青混合料搅拌设备，采取了专业化设计，并在核心技术和关键 部件的设计上进行了创新【l l 】。 2 2 2 改造设备的必要性 在现阶段，中国公路蓬勃发展，各大筑路公司都拥有了较大型的沥青搅拌设 备，有很大一部分数量都采用柴油作为烘干骨料的燃料，其成本较高。随着重渣 油以及煤粉燃烧技术比较成熟，采用这种较廉价的燃料逐步成为各大企业生产的 首选。但是，有很多的设备虽然顶着节能或经济性良好的牌子，其中很多的环节 都在节能及环保方面效果不好。如果要求设备全部更新为最先进的，不仅造成了 资源的浪费，给社会、国家造成很大的负担，也是不现实的。故在原有设备的基 础上，从改善燃烧重渣油、煤粉的各个环节入手，提高设备的节能措施，是十分 有效的，而且很节约资源。 当沥青混凝土拌合站经综合考虑经济性能后，选址建立起来了，对于沥青搅 拌设备来说，骨料烘干滚筒是一个重要设备，节约能源的途径从此着手，就显得 最为重要了。其主要功能一是去除骨料中的水份，二是将骨料加热至所需的温度。 实际上烘干滚筒就是一台热交换器，传热效率越高骨料的烘干加热效果就越好， 设备的热效率，产量也就越高。在各种烘干滚筒中都是由燃烧器以火焰直接燃烧 的加热方式提供烘干加热骨料所需的热量。因此，燃烧器的选择对整台搅拌设备 的节能有着决定性的作用。其次，选用何种燃料，最大程度地降低设备的能源消 耗也是一个很好的途径。 2 3 强化燃烧器的传热技术 2 3 1 概述 1 0 第二章沥青混凝土搅拌设备的节能研究 只要物体间存在着温度差，热量就会自发地由高温传向低温，因此热传递过 程是自然界中基本的物理过程之一。它广泛见诸如动力、化工、冶金、航天、空 调、制冷、机械、轻纺、建筑等部门。大至单机功率为1 3 0 万k w 的汽轮发电机组， 小至微电子器件的冷却都与传热过程密切相关。 热传递过程可以分为导热、对流换热和辐射换热等三种基本方式，它们各自 有不同的传热规律，实际中遇到的传热问题都常常是几种传热方式同时起作用。 实现热量由冷流体传给热流体的设备就称之为换热器。它是上述工业部门广泛应 用的一种通用设备，以电厂为例，如果把锅炉也看作换热设备，则再加上冷凝器， 除氧器，高、低压加热器等换热设备，换热器的投资约占整个电厂投资的7 0 。 在炼油企业中四分之一的设备投资用于各种各样的换热器；换热器的重量占设备 总重量的2 0 。而在制冷设备中蒸发器、冷凝器的重量也要占整个机组重量的3 0 - 4 0 4 1 。在工程机械制造行业，随着国际原油价格的不断飚升，越来越多的 公司注重能量的转化效率，开发了很多优质的热转换器。 由于换热器在工业部门中的重要性，因此从节能的角度出发，为了进一步减 小换热器的体积，减轻重量和金属消耗，减少换热器消耗的功率，并使换热器能 够在较低温差下工作，必须用各种办法来增强换热器内的传热。因此最近十几年 来，强化传热技术受到了工业界的广泛重视，得到了十分迅速的发展，并且取得 了显著的经济效果。如美国通用油品公司将该公司电厂汽轮机冷凝器中采用的普 通铜管用单头螺旋槽管代替，由于螺旋槽管强化传热的效果，使冷凝器的管子长 度减少了4 4 ，数目减少了1 5 ，重量减轻了2 7 ，总传热面积节约3 0 ，投 资节省了1 0 万美元。又如用椭圆矩形翅片管代替圆形翅片管制作的空冷器，其传 热系数可以提高3 0 ，而空气侧的流动阻力可以降低5 0 。这种空冷器已在我国 石化行业和火电厂得到广泛应用，取得了明显的经济效益。 2 3 2 强化传热方法及原则 从传热学中我们知道换热器中的传热量可用下式什算，即q - - - - k f a t 。 式中：k 为传热系数，w ( m 2 宰k ) ：f 为传热面积，脚2 ：a t 为冷热液体的 平均温差，k 。从上式可以看出，欲增加传热量q 可用增加k 、f 或t 来实现。下 面我们对此分别加以讨论【4 1 。 ( 1 ) 增加冷热液体的平均温差t 在换热器中冷热液体的流动方式有四种，即顺流、逆流、交叉流、混合流。 在冷热流体进出口温度相同时，逆流的平均温差t 最大，顺流时t 最小，因此 为增加传热量应尽可能采用逆流或接近于逆流的布置。 当然可以用增加冷热流体进出口温度的差别来增加t 。比如某一设备采用水 第二章沥青混凝土搅拌设备的节能研究 1 1 冷却时传热量达不到要求，则可采用氟里昂来进行冷却，这时平均温差t 就会显 著增加。但是在一般的工业设备中，冷热流体的种类和温度的选择常常受到生产 工艺过程的限制，不能随意变动；而且这里还存在一个经济性的问题，如许多工 业部门经常采用饱和水蒸气作加热工质，当压力为1 5 8 6 1 0 5 p a 时，相应的饱和 温度为4 3 7 k ，若为了增加t ，采用更高温度的饱和水蒸气，则其饱和压力亦相 应提高，此时饱和温度每增高2 5 k ，相应压力就要上升1 0 5 p a 。压力增加后换热器 设备的壁厚必须增加，从而使设备庞大，笨重，金属消耗量大大增加，虽然可采 用矿物油，联苯等作为加热工质，但选择的余地并不大。 综上所述，用增加平均温差t 的办法来增加传热只能适用于个别情况。 ( 2 ) 扩大换热面积 扩大换热面积是常用的一种增强换热量的有效方法，如采用小管径。管径越 小，耐压越高，而且在金属重量相同的情况下，表面积也越大。采用各种形状的 助片管来增加传热面积其效果就更佳了。这里应特别注意的是肋片( 扩展表面) 要加在换热系数小的一侧，否则会达不到增强传热的效果。一些新型的紧凑式换 热器，如板式和板翅式换热器，同管壳式换热器相比，在单位体积内可布置的换 热面积多得多。如管壳式换热器在1 m 3 体积内仅能布置换热面积1 5 0 m 2 左右，而 在板式换热器中则可达1 5 0 0 m 2 ，板翅式换热器中更可达5 0 0 0 m 2 。因此在后两种 换热器中其传热量要大得多。这就是它们在制冷、石泊、化工、航天等部门得以 广泛应用的原因。当然紧凑式的板式结构对高温、高压工况就不宜应用。对干高 温、高压工况一般都采用简单的扩展表面，如普通肋片管、销钉管、鳍片管，虽 然它们扩展的程度不如板式结构高，但效果仍然是显著的。采用扩展表面后，如 果几何参数选择合适还可同时提高换热器的传热系数，这样增强传热的效果就更 好了。值得注意的是，采用扩展面常会使流动阻力增加，金属消耗增加，因此在 应用时应进行技术经济比较。 ( 3 ) 提高传热系数 提高传热系数k 是强化传热的最重要的途径，且在换热面积和平均温差给定 时，是增加换热量的唯一途径。当管壁较薄时从传热学中我们知道，传热系数k 可用下式计算： 七= 丁t ( 2 1 ) 一+ + 一 q旯 式中，一热液体和管壁之间的对流换热系数，口：一冷流体和管壁之间的对 流换热系数，6 一管壁的厚度，入一管壁的导热系数。 一般讲金属壁很薄，导热系数很大，6 入可以忽略。因此传热系数k 可以近 1 2 第二章沥青混凝土搅拌设备的节能研究 似写成：k = ( q + ) 。由此可知欲增k ，就必须增加q 和吃，但当q 和吃 相差较大时，增加它们之中较小的一个最有效。 要想增加对流换热系数，就需根据对流换热的特点，采用不同的强化方法。 我国学者过增元院士在研究对流换热强化时，提出了著名的场协同理论。该理论 指出要获得高的对流换热系数的主要途径有： 提高流体速度场和温度场的均匀性； 改变速度矢量和热流矢量的夹角，使两矢量的方向尽量一致； 根据上述理论，目前强化传热技术有两类：一类是耗功强化传热技术，一类 是无功强化传热技术。前者需要应用外部能量来达到强化传热的目的，如机械搅 拌法、振动法、静电场法等。后者不需外部能量，如表面特殊处理法、粗糙表面 法、强化元件法、添加剂法等。 由于强化传热的方法很多，因此在应用强化传热技术时，我们应遵循以下原 则： 首先应根据工程上的要求，确定强化传热的目的，如减小换热器的体积和 重量；提高现有换热器的换热量；减少换热器的阻力，以降低换热器的动力消耗 等。因为目的不同，采用的方法也不同，与此同时确定技术上的具体要求。 根据各种强化方法的特点和上述要求，确定应采用哪一类的强化手段。 对拟采用的强化方法从制造工艺，安全运行，维修方便和技术经济性等方 面进行具体比较和计算，最后选定强化的具体技术措施。 只有按上述步骤才能使强化传热达到最佳的经济效益【1 2 】。 2 4 重渣油燃料 面对日益激烈的市场竞争，降低生产成本，减少燃油费用已成为所有沥青拌 合站的共识，全面推广使用重渣油的沥青拌合设备已经成为各厂商的热点和主流。 重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，其特点是分子量大、粘度 高。重油的比重一般在0 8 2 o 9 5 ，比热在1 00 0 0 1 10 0 0 k c a l k g 左右。 其成分主要是炭水化点物素，另外含有部分的( 约o 1 4 ) 的硫黄及微量 的无机化合物。重渣油，简单言之，就是石油经提炼各种成品油后所剩的成分。 重渣油一般是由裂化重油、减压重、常压重油或腊油等按不同比例调制而成。在 选择时，总体要求应该是热值高、燃烧性能好、粘度适中、腐蚀性和固体杂质小， 易于储存和输送。 2 4 1 重渣油特性 重渣油的特性如下： 第二章沥青混凝士搅拌设备的节能研究 1 3 ( 1 ) 黏度大。粘度表示燃油流动性能的好坏，粘度越大，雾化效果越差。是重 油最重要的质量指标和使用性能指标，直接影响油泵、喷油嘴的工作效率和燃料 消耗量。而随着温度的升高，重油粘度逐渐减小，因而高粘度的重油为了顺利地 运输和雾化必须进行加热升温。 ( 2 ) 含硫量高。在重油中，硫可以以单质、化合物等各种形式存在此外，重油 中的硫化物对管道、阀、泵、密封圈、喷枪等都有不同程度的影响。选择重油时， 其硫含量越低越好，一般应小于2 。 ( 3 ) 机械杂质较多。机械杂质会堵塞过滤网、