（机械工程专业论文）煤油两用沥青搅拌设备的设计与应用.pdf

摘要 本文对煤油两用沥青搅拌设备从结构组成、设计、应用等三方面进行了全面的论述 和分析。 分析了燃煤和燃油在沥青搅拌设备上使用的经济效益，燃煤与燃油相比成本可节约 6 9 8 3 。因此，煤油两用沥青搅拌设备的应用与推广，在节省能源、降低燃料费用等 方面具有较明显的经济效益和社会效益。 给出了使用煤粉燃烧器、煤油两用燃烧器和煤油混烧型燃烧器的煤油两用沥青搅拌 设备的三种设计方案。探讨了使用不同燃烧器时搅拌设备的构成及其工作原理，分析了 不同方案时的设备工作特点。 通过对干燥筒结构的分析，指出筒内预热区、加热区和燃烧区叶片的布置要与燃烧 器的火焰形状和长度相适应，在加热区形成疏密合理的料帘，兼顾骨料的加热温度和干 燥筒尾气的温度，使两个温度达到一个合适的平衡点。干燥筒的整体布局以及出料箱的 出料方式和结构设计应保证燃烧器的布局合理和使用方便。 通过干燥筒内的热平衡计算，得出了燃煤、油的消耗量，为设计或选择燃烧器提供 了依据；通过燃煤、油消耗量计算出产生的烟气量和蒸汽量，为选择风机提供了依据； 通过燃烧温度的计算可以为控制骨料加热温度和沥青混合料出料温度提供依据。 给出了三种燃煤燃烧器的设计方法和主要设计参数，以及燃煤时除尘系统设计的一 些要点。 给出了煤粉的主要性能指标，煤粉制备的流程及其供给量与整机性能参数匹配原 则，以及煤粉制造、输送、燃烧时应采取的环保措施和防火爆的安全措施。 对使用煤油两用燃烧器的l b 3 0 0 0 型沥青搅拌设备进行了性能试验和测试。结果表 明，该设备生产出的成品料质量符合施工规范的要求，生产能力接近额定生产率，工作 稳定，燃料消耗率和成本较低，达到了设计的要求。 关键词：煤油两用沥青搅拌设备，煤油燃烧器，干燥筒，除尘器，热平衡计算，环 保 a b s t r a c t t h i sp a p e re x p o u n d sa n da n a l y z e st h ec o a la n do i ld u a l - u s ea s p h a l tm i x i n gp l a n ti n s t r u c t u r a lc o m p o n e n t s 、d e s i g na n da p p l i c a t i o n a n a l y z i n gt h ee c o n o m i cb e n e f i to fu s i n gc o a la n do i la st h ea s p h a l tm i x i n gp l a n t sf u e l ， c o a l f i r e da s p h a l tp l a n t sc o m p a r e dw i t ho i l - f i r e da s p h a l tp l a n t sc o s ts a v e s6 9 - 8 3 s ot h e a p p l i c a t i o na n dg e n e r a l i z a t i o no ft h ec o a la n do i ld u a l - u s ea s p h a l tm i x i n gp l a n th a ss i g n i f i c a n t e c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t si ns a v i n ge n e r g y 、r e d u c i n gf u e lc o s ta n ds oo n t h i sp a p e rg i v e st h r e et y p e sa s p h a l tm i x i n gp l a n t sd e s i g np r o p o s a l so fc o a ld u s t b u r n e r s 、c o a la n do i ld u a l - u s eb u r n e r s 、c o a la n do i lm i x i n gb u r n e r sa s p h a l tm i x i n gp l a n t ； d i s c u s s e st h em i x i n gp l a n t sc o m p o s i t i o na n do p e r a t i o n a lp r i n c i p l eu s i n gd i f f e r e n tb u r n e r ； a n a l y z e sm i x i n gp l a n t sp e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i c sw h e nu s i n gd i f f e r e n tp r o p o s a l t h r o u g ha n a l y z i n gt h e s t r u c t u r eo f d r yc y l i n d e rt h i sp a p e ri n d i c a t e s t h a tb l a d e a r r a n g e m e n to fp r e h e a t i n gd i s t r i c t 、h e a t i n gd i s t r i c ta n db u r n i n gd i s t r i c ti nd r yc y l i n d e rs h o u l d b ec o m p a t i b l ew i t hb u r n e r sf l a m es h a p ea n dl e n g t h s oi nh e a t i n gd i s t r i c tr e a s o n a b l ed e n s i t y m a t e r i a ls c r e e n sc a nb ef o r m e dw h e nt h ea g g r e g a t e sh e a t i n gt e m p e r a t u r ea n dt h et e m p e r a t u r e o fe x h a u s tg a sa r et a k e ni n t oa c c o u n ta n dm a d et h e s et e m p e r a t u r e st oa na p p r o p r i a t eb a l a n c e t h eo v e r a l la r r a n g e m e n to ft h ed r yc y l i n d e r 、t h ed i s c h a r g es y s t e ma n ds t r u c t u r a ld e s i g no f d i s c h a r g et a n ks h o u l db et a k e na sp r e r e q u i s i t et om a k es u r eo ft h ea p p r o p r i a t ea r r a n g e m e n t a n du s i n gc o n v e n i e n c eo ft h eb u r n e r t h r o u g ht h eh e a tb a l a n c ec a l c u l a t i o nt h i st h e s i sg e t sc o a la n do i lc o n s u m p t i o na n dt h i s p r o v i d e sb a s i sf o rd e s i g na n ds e l e c t i o no fa p p r o p r i a t eb u r n e r t h r o u g ht h ec a l c u l a t i o no fc o a l a n do i lc o n s u m p t i o nt h i st h e s i sg e t st h ev o l u m eo fs m o k ea n ds t e a ma n dt h i sp r o v i d eb a s i sf o r s e l e c t i o no ff a n t h ec a l c u l a t i o no fb u r n i n gt e m p e r a t u r ep r o v i d e sb a s i sf o rt h ec o n t r o lo f a g g r e g a t e sh e a t i n gt e m p e r a t u r ea n dt h ea s p h a l tm i x t u r e sd i s c h a r g et e m p e r a t u r e t h i st h e s i sg i v e st h r e et y p e sb u r n e rt h ed e s i g nt e c h n i q u ea n dc h i e fd e s i g np a r a m e t e r so f t h et h r e et y p e so fb u r n e ra n ds o m em a i np o i n t si nt h ed e s i g no fd u s t p r o o fs y s t e mw h e n b u r n i n gc o a ld u s t t h i st h e s i sg i v e sc o a ld u s t sm a i np e r f o r m a n c ei n d e x 、t h ep r o c e s so fc o a ld u s tp r o d u c t i o n a n dt h em a t c h i n gp r i n c i p l eo fc o a l d u s ts u p p l ya n dt h ew h o l em a c h i n e sp e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s 、t h ee n v i r o n m e n t a lm e a s u r ea n df i r e p r o o fa n de x p l o s i o n p r o o fs a f e t ym e a s u r ei n t h ec o a ld u s t sm a n u f a c t u r e 、t r a n s p o r t a t i o n 、b u r n t h i st h e s i sa l s ot e s t sa n dg o e so np e r f o r m a n c et e s to nt h el b 3 0 0 0a s p h a l tm i x i n gp l a n t w h i c hu s e st h ec o a la n do i ld u a l - u s eb u r n e r a n dt h et e s tr e s u l ti st h a to ft h i sp l a n t sf i n i s h e d p r o d u c tq u a l i t yi s c o n s o n a n tw i t hr e q u i r e m e n t so ft h ec o n s t r u c t i o nn o r m s ，i t sp r o d u c t i o n c a p a c i t yi sc l o s et or a t e dc a p a c i t yp r o d u c t i v i t y , i tw o r k ss t e a d i l y , i t sf u e lc o n s u m p t i o nr a t ea n d c o s ti sl o w e li tm e e t sw i t hd e s i g nr e q u i r e m e n t s k e yw o r d s ：c o a la n do i l d u a l - u s e a s p h a l tm i x i n gp l a n t ；o i lb u r n e r ；d r yc y l i n d e r ； d u s t p r o o fs y s t e m ；h e a tb a l a n c ec a l c u l a t i o n ；e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：枷 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 论文作者签名：尸专k1埘年，。月日 导师签名： 嬲步j ， 增年，口月压e t 长安大学硕上学位论文 第一章综述 1 1 论文研究的背景及其意义 1 1 1 论文研究的背景 随着我国公路建设的快速发展，作为沥青路面施工的主要配套设备一沥青混合料搅 拌设备需求量日益增加，近年来国内、国际搅拌设备厂家如雨后春笋般增长，型号也从 3 0 型到5 0 0 0 型各种规格型号齐全。但随着能源问题的日益突出，石油价格的飚升，沥 青搅拌设备的骨料加热问题日益受到施工单位及制造厂家的关注。 中国自上世纪6 0 年代开始制造沥青搅拌设备以来，技术水平和生产量都有了飞跃 的发展。搅拌设备的最大的能源消耗骨料的加热，所用能源以燃油为主。在柴油价格 飞涨的情况下，目前用的较多的能源为重渣油或燃料油。但随着国际原油价格不断的飚 升1 1 j ( 2 0 0 1 年2 0 0 8 年国际原油价格图，见图1 - 1 ) ，以及我国石油储量的匮乏，重渣油、 燃料油价格都在不断的攀升。采用燃油来加热骨料所带来的高成本使得施工单位越来越 难以承受。 固r 口r or 囝r 囝r 幻ori , do 国q 圣q 龟套2 窖圣2q 聋龟q 蛋2 圣爱昼2 聋2 555 斜gg 昌露g 苫苫苫兽8 蓦888 葛g 宕8 图卜1 2 0 0 1 年一2 0 0 8 年国际原油价格图 在石油紧缺、价格不断上扬的状况下，各个行业正在积极寻求石油的替代品。沥青 搅拌行业也不例外，各施工单位和设备制造企业正在寻求能源储备量大，价格便宜的燃 料。 我国的基本特点是富煤、贫油、少气，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。 与石油和天然气比较，我国煤炭的储量相对比较丰富，占世界储量的1 1 6 0 。我国煤炭 加 o 第一章综述 资源总量为56 万亿吨，其中己探明储量为i 万亿吨，占世界总储量的i1 ，而石油仅 占2 4 ，天然气仅占i2 。建国以来，煤炭在全国一次能源生产和消费中的比例长期 占7 0 以上。据有关部门预测，到2 0 0 5 年，全国一次能源生产量为1 2 3 亿吨标准煤， 其中煤炭为7 8 5 亿吨标准煤( 折合i i 亿吨原煤) ，仍占6 38 ”。专家预测，在本世纪 前3 0 年内，煤炭在我国一次性能源构成中仍将占主体地位。从表卜l 。1 中可以看到我 国主要能源的开发深度均高于世界平均水平，特别是石油和煤炭的开发更是高于平均水 平。 表卜1 中国主要能源探明贮量( 1 9 9 9 年) 石油煤炭天然气 贮量 1 1 45 b ti 3 i t m 占世界贮最比 1 1 6 0 0 9 0 贮量产量 2 0 65 5 全球贮量产量值 2 3 06 l 9 从1 9 9 5 年到1 9 9 9 年，我国能源生产总量逐年下降，能源消费也逐年下降。从我国 能源生产的总量及构成来看，煤炭的比例有所下降，而石油的比例有所上升( 见图 卜2 “1 ) ，但是总体的能源供给结构保持稳定。在1 9 9 9 年之前，我国煤炭的生产一直占整 个能源生产总量的7 0 以上，而石油所占比例不到2 0 ，天然气和水电二者之和所占比 例还不到1 0 。1 9 9 9 年以后，煤炭生产的比例有所下降，主要是行业主管部门采用总量 控制、关井压产政策进行调控的结果。但2 l 世纪我国以煤炭为主体的能源结构在相当 长一段时间内不会改变，煤炭工业在国民经济和社会发展中的重要地位也不会改变。 _ _i 一 豳 图卜21 9 9 5 1 9 9 9 我国能源生产及构成 如果能用煤来代替石油作为沥青搅拌设备的燃料，符合我国的能源结构特点，并将 n o 长安人学硕士学位论文 在成本上节省较大。其实，从沥青搅拌设备在中国诞生以来，人们就开始探索或尝试使 用煤作为燃料来加热骨料，其起源时间大约在2 0 世纪8 0 年代中期，最初是从水泥烘干 和干燥机上得到的启剔5 | 。 目前根据市场的需求和技术的发展，燃煤燃烧器大约出现了三种结构形式：单一的 燃煤燃烧器、煤油混烧型燃烧器、煤油两用燃烧器。该三种燃烧器各有特点，可以根据 不同的用户采用不同的形式。 经过近2 0 多年的发展，燃煤燃烧器在沥青搅拌设备上的应用得到了长足的发展， 但整体所占比例不超过2 0 【5 1 ，特别是在大型沥青搅拌设备和高速公路上应用较少。主 要原因还是因为燃煤技术不是很成熟，性能不稳定，温度自动化控制程度低，不能满足 骨料温度的高精度要求。 1 1 2 论文研究的意义 对一个施工企业来说，不但要严把工程质量关、确保工程进度、满足业主的各项合 理要求，而且要千方百计降低生产成本，确保合理利润以维持公司的正常运转。沥青拌 和站燃油约占机械成本的3 0 - - - 4 0 。加上近年来柴油价格的持续上涨，直接提高了黑 色路面施工企业的生产成本。降低工程施工成本是施工单位首要考虑的问题。沥青路面 修筑中所涉及的各种配套机械中，沥青混凝土拌和设备所占的投资比重最大。燃油消耗 成本是沥青混凝土拌和设备运行费用中最主要的成份。特别是近几年燃油价格持续上 涨，燃油成本在沥青混凝土拌和设备中的比重进一步加大。这给施工单位提出了一个非 常重要又十分现实的问题，能否通过技术改进寻找燃油替代品，达到同样的加热效果， 从而大大降低机械使用成本，进而降低施工企业的生产成本以提高利润率，确保企业的 竞争力。企业希望沥青搅拌设备可以采用燃油燃烧器，也可以采用燃煤燃烧器，或者两 者的混用，并希望煤油两用搅拌设备能够较快的发展和推广，在技术水平上能够上一个 台阶，能够生产出质量合格的沥青混合料。本文将较系统的研究煤油两用搅拌设备的设 计和三种燃煤燃烧器的设计，通过对沥青搅拌设备的分析和燃烧器的研究，为煤油两用 型沥青搅拌设备的运用提供参考。 对于燃煤和燃油的成本我们可以进行一下简单的核算： 1 、以3 0 0 0 型沥青搅拌设备为例，按每班8 小时计算。 重渣油每班燃料费：2 4 0 t h 6 1 k g tx3 4 元；k g x8 h = 3 9 8 2 0 8 元天 烟煤粉每班燃料费：2 4 0 t h 1 0 8 k g t x 0 6 元l ( g 8 h = 1 2 4 4 1 6 元天 3 第一章综述 每班节约费用大约2 7 4 万元。 2 、以年生产料量计算，以年产量3 0 万吨料为例。 重渣油每吨混合料所用燃料费：6 1 k g t 3 4 元k g = 2 0 7 4 元t 柴油每吨混合料所用燃料费：6 1 k g t 6 2 元；k g = 3 7 8 2 元t 烟煤粉每吨混合料所用燃料费：1 0 8 k g t 0 6 元k g = 6 4 8 元t 燃煤与燃重油可节约成本约为：1 - 6 4 8 - - 2 0 7 4 = 6 9 ： 燃煤与燃柴油可节约成本约为：1 - 6 4 8 - - 3 7 8 2 = 8 3 ； 目前我国极力倡导节能减排，所以我们的设计的产品不但要节能，而且要符合国家 的环保要求。燃煤不同于燃油，煤粉飘逸性较强，雾化较油有很大的差异，所以在制造、 使用和燃烧煤粉的过程中会出现一定的环境污染，本文也将进行环保方面的论述，希望 在降低成本的同时能够保护好我们的生存环境。 1 2 论文研究的主要内容 针对我国目前沥青搅拌设备现状，本文对煤油两用搅拌设备设计的关键技术、应 用情况及改进方案进行探讨。主要研究内容如下： 1 、对煤油两用搅拌设备的系统构成进行了较为详细的论述；分析了煤油两用搅拌 设备主要关键部件的结构，包括干燥筒、三种燃煤燃烧器、布袋除尘器等，以便设计和 使用这些部件。 2 、对煤油两用沥青搅拌设备进行系统设计，对其主关键干燥筒、除尘系统、燃烧 系统分别进行细化设计，进行干燥筒内的热平衡计算和烟气生成量的计算，探讨煤油两 用搅拌设备设计的关键技术。 3 、介绍了三种燃煤搅拌设备实际使用情况；通过对燃煤燃烧器工业性试验和研究， 探讨燃煤燃烧器使用性能指标，确定燃烧器技术参数和调整指标；针对各种燃烧器对煤 质的要求给定了具体的指标，为选择煤粉提供依据。 4 、探讨煤粉在生产、输送过程中防止闪爆等应该注意的安全事项，以及煤粉生产、 燃烧过程中所形成的环境污染问题，提出解决方案。 5 、通过对煤油两用沥青搅拌设备的设计和使用，提出一些好的建议和发展思路， 为煤油两用沥青搅拌设备更好的推广和应用提出建议。 4 长安大学硕士学位论文 第二章煤油两用搅拌设备构成 2 1沥青搅拌设备的分类及现状 沥青混合料搅拌设备的主要功能是将一定温度下不同规格粒径的集料( 骨料) 、填 料( 矿粉) 和一定温度的沥青胶结材料，按一定的配比要求进行搅拌，搅拌成均匀的符 合施工技术规范的沥青混合料。 根据我国相关的行业标准和工艺流程，可将沥青混合料搅拌设备分为强制问歇式沥 青混合料搅拌设备和连续式沥青混合料搅拌设备两种【6 1 。 2 1 1连续式沥青混合料搅拌设备 连续式搅拌设备的特点是沥青混合料的制备在烘干筒中进行，即动态计量级配的冷 骨料和石粉连续从干燥筒的前部进入，采用顺流加热方式烘干加热，然后在滚筒的后部 与动态计量连续喷洒的热态沥青混合料混合，连续搅拌出混合料。连续式沥青混合料搅 拌设备工艺流程图如图2 - 1 7 1 所示。 骨料一回一困一 l 计量卜 加 热 成 口 成 日 拌 口口 口 口口 合 1 -料- - 料 提 升 储 陬 存 图2 - 1 连续式沥青混合料搅拌设备工艺流程图 2 1 2 强制间歇式沥青混合料搅拌设备 强制间歇式沥青混合料搅拌设备的特点是初级配的冷骨料在干燥筒内采用逆流加 热方式烘干加热，经筛分计量后在搅拌器中与按质量计量的石粉和热态沥青搅拌成沥青 混合料。强制间歇式沥青混合料搅拌设备工艺流程图2 2 【8 】所示。 1 、石料场( 1 ) 石料由卡车运来，由装载机运送到冷配料斗。 2 、冷配料器( 2 ) 石料是由冷料斗( 3 ) 卸料1 2 1 至皮带给料器( 4 ) ，根据冷配料级配要求，通过对皮 5 第二章煤油两用搅拌设各构成 带给料器( 4 ) 进行变频调速，分别按照级配要求产量将骨料从皮带给料器输送至集料 皮带机( 5 ) ，再经集料皮带机( 5 ) 运送到倾斜皮带机( 6 ) ，输送到干燥筒的进料端( 7 ) 。 3 、干燥筒( 8 ) 石料烘干的热源由喷燃器( 9 ) 提供。骨料经过烘干、加热，最后从干燥筒卸出。 热的含尘气体通过除尘系统( 1 0 ) 除尘后由引风机( 1 1 ) 抽出，经烟囱( 1 2 ) 排向大气。 4 、热料提升机( 1 4 ) ，一i 图2 - 2 强制间歇式沥青混合料搅拌设备工艺流程图 由干燥筒卸出的加热石料由热料提升机( 1 4 ) 提升到振动筛内进行筛分。 5 、搅拌楼体( 1 5 ) 6 长安大学硕士学位论文 石料经过振动筛筛分后分成不同规格大小的石料，暂时存入热料仓( 1 7 ) 内。然后 骨料从热料仓内根据级配要求通过石料称量斗( 1 8 ) 称量后进入搅拌器( 2 6 ) 。粉料( 新 粉和回收粉) 由螺旋输送机运送到称量斗( 2 3 ) ，进行称量后输送到搅拌器( 2 6 ) 内。 进入搅拌器的石料、粉料以及附加的纤维物等一同搅拌，同时泵入预先称量的沥青。由 搅拌楼抽出的含粉尘的气体被吸入除尘系统。 6 、沥青罐( 2 4 ) 存储在沥青罐内的沥青由单独的加热系统( 2 9 ) 加热到适当的温度，并且要始终保 证加热温度。沥青根据需要输送到沥青称量斗( 2 5 ) 内计量，然后喷洒入搅拌器( 2 6 ) 。 7 、成品料仓( 3 0 ) 经过拌合的沥青混合料由小车( 2 7 ) 运送到成品料仓( 3 0 ) 。运料卡车根据设备标 志线装料根据设备布局也可以采用在搅拌锅下直接装料。 8 、除尘系统( 1 0 ) 从干燥筒出来的含尘烟气由于引风机的作用被吸入初级除尘系统( 1 0 a ) 。振动筛和 拌合楼内的烟气也进入一级除尘系统。从一级除尘系统出来的粗粉尘通过螺旋输送机进 入热料提升机而进入拌合程序。从布袋除尘器收集的细粉颗粒通过回收粉管道进入回收 粉仓( 2 1 ) ，然后根据级配要求进入搅拌程序。 9 、热油加热器( 2 9 ) 导热油经热油加热器加热到适当温度后并经热油泵泵入热油循环管道。 1 0 、控制系统( 2 8 ) 搅拌设备的控制系统能够完成所有控制需要。其特点包括接收存储控制、监控、故 障指示、修改故障建议、日产量检验。 2 1 3 沥青混合料搅拌设备现状 由于我国目前使用的材料品种杂，变异性大，再加上沥青混合料搅拌设备大都是露 天作业，材料的含水量受天气影响很大，目前我国主推强制间歇式沥青混合料搅抖设备， 该设备具有结构完善、级配j 下确、计最精度高、成品料质量好、易于控制等优点阳1 ，在 沥青路面特别是高速公路的工程中受到普遍的欢迎。我国公路沥青路面施工技术规范 ( j t g f 4 0 2 0 0 4 ) 也作出了如下的规定n 引：沥青混合料可采用间歇式拌和机或连续式拌 和机拌制，高速公路和一级公路宜采用间歇式拌和机拌和。所以以下所提到的沥青搅拌 设备为强制间歇式沥青搅拌设备。 7 第二章煤油两用搅拌设备构成 因为油料具有良好的燃烧值和温控性，一直作为沥青搅拌设备加热的主要热源。特 别是在大型沥青搅拌设备上，基本采用燃油加热，由于油价的不断飚升，目前使用较多 的为重油、渣油和燃料油。燃煤燃烧器占有的比例虽然在不断的上升，但整体所占比例 不超过2 0 ，并主要应用在3 0 0 0 型以下的小机型上，目前高等级公路还未有使用的先 例。 2 2 煤油两用沥青搅拌设备的结构及特点 与一般燃油沥青搅拌设备相比较，煤油两用搅拌设备在结构上的主要区别在于燃烧 系统、干燥筒、布袋除尘设备三大系统，其余系统相同，最大区别在于燃烧系统。煤油 两用搅拌设备燃烧系统可根据用户要求选配燃油燃烧器和煤粉燃烧器，或直接选购煤油 两用燃烧器、煤油混烧型燃烧器。与燃油沥青搅拌设备相同的总成，如：配料器、倾斜 皮带机、热料提升机、振动筛、热料仓、称量搅拌系统、沥青导热油系统、粉料供给系 统、成品料仓等，包括燃油燃烧器，本文将不再赘述。 本章将重点对煤粉燃烧器、煤油两用燃烧器、煤油混烧型燃烧器三种燃烧器结构进 行探讨，通过对其发展历史、结构组成、原理等方面的论述，为更好的改进和设计燃煤 燃烧器提供基础。煤油两用沥青搅拌设备所用干燥筒和布袋除尘器与燃油沥青搅拌设备 所用干燥筒和布袋除尘器大体一致，但在技术参数、组成结构上都有一些特别要求，具 体细节将会在以下章节讨论。 煤油两用沥青搅拌设备的工作原理除燃烧器以外，其余总成与燃油沥青搅拌设备相 同，其工艺流程可可参看图2 2 。 煤油两用搅拌设备的特点：对燃料适应性强，在选择燃油或燃煤时，设备结构变化 不大，能够同时适应煤油两种燃料的燃烧。该搅拌站可以单独配置燃油燃烧器或煤粉燃 烧器，亦可配置煤油两用燃烧器或煤油混烧型燃烧器，实现煤油两种燃料的同时使用。 该沥青搅拌设备充分考虑了燃煤和燃油特点，在结构上可满足两者之间的变化，使用户 在选择燃烧器时有了更多的选择，可根据地域不同选择不同的燃料，大大降低施工成本。 2 3 燃烧器分类及特点 目前为沥青搅拌设备配套的燃烧器按燃料种类大致可分为7 类：轻油燃烧器、重油 燃烧器、煤粉燃烧器、气体燃烧器、水煤浆燃烧器、混合型燃烧器、混烧型燃烧器。混 合型燃烧器，按照燃料类型又可分为油气两用燃烧器、煤油两用燃烧器和煤油气三用型 8 长安大学硕士学位论文 燃烧器。混烧型燃烧器是多种燃料的混合燃烧，其中某种燃料不能独立燃烧，必须和别 的燃料混合燃烧才能实现完全燃烧。表2 1 【1 1 】是各种单一型燃烧器燃料的种类、消耗量、 来源、燃烧器生产厂家和配套设备的状况，混合型燃烧器兼有表2 - 1 中的两项或多项特 点。一般情况下重油燃烧器可兼容轻油，油气燃烧器又可分为轻油气体型和重油气体型。 表2 1 单一型燃烧器基本情况比较 燃烧器类型轻油燃烧器重油燃烧器煤粉机燃烧器气体燃烧器水煤浆燃烧器 重油、渣油、回 燃料柴油 烟煤粉 天然气、煤气水煤浆 收油 消耗量( k g ) 单位成品 6 - - 86 81 2 1 58 1 1m 3 t1 6 料( t ) 直接购买或利 直接购买或利 燃料来源直接购买直接购买 直接购买或利 用水煤浆生产j 用风扇磨煤机用煤气发生器 线 重油罐、加热设 配套设备轻油罐风扇磨煤机储气罐水煤浆罐 备 美国 美国g e n c o 、 g e n c o 、德国 德国l i n t e c 、河南陆德、福 l i n t e c 、美美国h a u c k 、 美国h a u c k 、意建华一、中建 生产厂家国h a u c k 、意德国边宁霍夫 大利a b s 、意大七局、许昌蓝 大利a b s 、意v 利e n e r g y r b i 、颜 天、南阳龙达 大利 氏 e n e r g y r b i 1 、轻油燃烧器 轻油燃烧器是以柴油作为燃料，可实现比例调节的常用型燃烧器，被广泛应用于各 种小型的锅炉和烘干设备中，或作为辅助燃烧设备应用于大型的电站锅炉上。轻油以其 流动性好、易购买、点燃相对容易、燃烧充分等众多优点而发展较早、应用最广，但缺 点是轻油价格较高。此类燃烧器完全实现风油比自动控制，油量调节范围宽、自动点火、 大小火可调等，可与沥青搅拌站控制系统设计成一体，实现温度检测控制自动化。 9 第二二章煤油两用搅拌设备构成 2 、重油燃烧器 重油燃烧器燃烧的是重油、渣油或燃料油，此类燃料相对于轻油的价格相对较低， 符合国家环保要求，而且发热量与轻油相当。由于此类油品黏度较高，使用时必须加热， 增强其流动性。， 3 、煤粉燃烧器 煤粉燃烧器主要燃料是达到一定细度的烟煤煤粉，不同厂家设计的煤粉燃烧器对煤 粉的质量要求略有不同，但都对细度、发热量、挥发份等有严格的规定。对现有的普通 煤粉燃烧器，一般由风扇磨、助燃油枪和燃烧器组成。此类产品因价格低，运行成本低、 维修方便等优点，近年来市场不断扩大，许多原来燃油的沥青拌和站通过对干燥滚筒内 部结构的少量改动实现燃煤运行，节约了生产成本。缺点是对煤粉的要求较高，不符合 要求的煤粉很难点燃，有时需加油助燃，造成燃烧不充分、污染较大，以及料温控制滞 后等问题。 4 、气体燃烧器 气体燃烧器的燃料为天然气和各种煤气，此类燃烧器的突出特点是燃烧充分，燃 烧后的排放物污染小。但仅适用于天然气丰富、集中供应煤气、可以就近连接管道的地 区，目前己在四川i 、云南、西安等地沥青搅拌设备上有所使用，但在其它地区使用较少。 5 、水煤浆燃烧器 水煤浆燃烧器以水煤浆为燃烧原料，水煤浆是一种新型液态化全煤基燃料，它具有 燃烧效率高、n o x 及废弃物排放量小、经济效益高等特点，与油相比节约燃料成本约 1 2 。它是以7 0 左右的煤，3 0 左右的水，加上少量化学添加剂混合而成，具有石油一 样的流动性和稳定性，燃烧效率高达9 8 以上，并且有节能、污染物排放低、储存运输 方便等特点，可以泵送、雾化、储存以及稳定燃烧，是一项具有良好经济效益和环境效 益的以煤碳转化为洁净燃料的技术。水煤浆的来源可通过制浆厂直接购买或建立水煤浆 生产线。但水煤浆生产线的投入需要不少的资金，对于一般自用水煤浆用户显然不太合 算、目前在沥青搅拌设备上还未推广。 6 、混合型燃烧器 混合型燃烧器以其适应燃料种类多而得到客户的青睐，油气燃烧器可燃烧轻油、重 油和煤气3 种燃料，煤油燃烧器可燃烧轻油、重油、煤粉3 种燃料，煤油气燃烧器可燃 烧轻油、重油、煤粉、天然气4 种燃料，如德国科蒂公司生产的四合一燃烧器，见图2 3 【1 2 】。 用户可根据当地条件选用合适的燃料。在价格上，一台混合型燃烧器价格比一台单一型 1 0 长安大学砸学位论文 燃烧器的价格高出约一倍，可当作2 3 台单一型燃烧器使用，但对施工企业来讲 旦施工范围确定，根据当地的资源状况就可以确定燃料类型，购买合适的燃烧器。 圈2 - 3 科蒂四台一燃烧器 7 、煤油混烧型燃烧器 煤油混烧型燃烧器是一种煤粉和油按照一定比例实现混烧的一种燃烧器，它可单独 燃油但不能单独燃煤。其结构形式是在燃油燃烧器基础之上增加了燃煤输送装置、磨 粉装置、喷嘴以及控制系统。可通过调整煤粉输送量实现火焰的大小。相对单一煤粉燃 烧器其燃烧充分、火焰稳定、温度易于控制。需要快速升温时，还可以通过增加油量控 制。 以上7 种燃烧器的应用广泛程度由其自身燃料特点所决定。对于沥青搅拌站来说， 要综合考虑燃烧器的成本、燃料购买的难易程度、价格以及成品料的产量、料温的可控 性。目前国内施工的沥青搅拌站配套使用的燃烧器以重油和煤粉燃烧器为主。重油便于 购买，价格便宜，一般在3 0 0 0 4 0 0 0 元t 之间；煤粉燃烧器配备风扇磨，煤粉自产自 用，原料以优质烟煤为主，价格在6 0 0j 酣t 左右，全国各地基本均能购到优质烟煤。园 为近两年油价的上涨，施工企业从经济效益方面的考虑，将下在使用的沥青拌和站的燃 油燃烧器逐步改为燃煤燃烧嚣。 对于我们目前研究的煤油两用沥青搅拌设备，其燃烧器可配燃油燃烧器，同时也可 以配置煤粉燃烧器、煤油两用燃烧器、煤油混烧型燃烧器。燃油燃烧器长期以来作为沥 青搅拌设备的主流，此处不再繁述。以下将重点对其余三种燃煤燃烧器进行研究。 第$ 煤油两用搅拌设备掏成 24 煤粉燃烧器 本节所研究的煤粉燃烧器是以烟煤作为燃料，用于沥青搅拌设备骨料加热的一种加 热装置。其结构主要出燃烧炉、磨煤喷粉机、点火装置及控制系统组成，可以满足沥青 搅拌设备对骨料温度的要求。见图2 4 3 i 。 圈2 - 4 煤粉燃烧器 241 煤粉燃烧器的技术要求 作为沥青搅拌设各的主燃烧器，它必须满足沥青搅拌设备和公路施工的技术和规范 要求： 1 、燃烧器要有足够的发热量，以满足各系列沥青搅拌设备的生产能力及铺路用沥 青混合料温度要求。 2 、能自动或手动调节火力，保证生产的沥青混合料出料温度均匀，一般应控制在 士5 以内。 3 、燃烧器能充分燃烧，不冒黑烟，灰尘少，以满足沥青搅拌设备环保要求。 4 、燃烧器自动化程度高，操作简单。 5 、燃烧器热效率高，节能。 6 、燃烧器火焰要均匀，长短能调，不断火，点火方便，结渣少。 7 、燃烧器炉头、炉膛寿命长，整机可靠性能高。 总的来说就是要求燃料燃烧后能使温度升高到合适的温度并对骨料不造成污染。从 燃烧器的工作原理来看。我们只要解决燃煤燃烧的热值和沥青搅拌设备产量的匹配，以 及燃烧过程中产生的灰粉进入干燥筒的问题，就可以使用煤柬实现与燃油一样的加热功 k 蜜大学硕上学位论女 能。 242 煤粉燃烧器的结构组成及原理 目前国内常见的煤粉燃烧器是由燃烧炉、磨煤喷粉机、点火系统和电控柜组成，见 图2 5 。 3 ，v 1 - 篮照盎盛量堇熊璺! ! ! 旦 圈2 - 5 煤糟燃烧器结构图 1 、燃烧炉 图z - 6 燃烧炉 燃烧炉主要是由炉头、炉膛、炉体和鼓风机等组成。它的作用是起预热及燃烧煤粉 第一章煤油两用搅拌设备构成 用，并将火焰喷进干燥筒加热砂石科。一般1 台燃烧炉配两台鼓风机。目前常用的燃烧 炉有固定式和旋转式2 种。旋转式炉体有利于粉煤扶吹出，炉头、炉膛烘烤均匀寿命 提高。有的燃烧炉后部设计成能打开的门，以便清渣口j ( 见图2 6 ) 。 2 、磨煤喷燃机 磨煤喷粉机是由供料系统、粉碎系统、喷粉系统、壳体和底座组成。它的作用是将 碎煤磨成粉，井将煤粉喷进炉里燃烧，通过调整供煤量，控制火焰大小( 见图2 7 ) 。 磨煤喷粉机是集磨煤与离心风送于一体的多功能设备，用于粉碎粒径小于1 5 m m 煤 块1 1 6 1 ，磨细后的粉煤为2 0 0 目，并将煤粉和送风在输送管道里面混台，为煤粉在炉膛内 充分燃烧提供必要的物质条件。 图2 7 磨煤喷燃机 3 、点火系统 点火系统由点火器，油泵和油箱构成。用燃油点火及预热炉膛，以便煤粉燃烧。另 外当冷骨料太湿时，可以补充火力，保证路用沥青混合料温度要求r 见图2 - 8 1 。 图2 8 点火系统 4 、电控柜 测 图2 - 9 电器柜 屯控柜由电流表、电压表、温度表、转速表及电器元件组成，它是燃烧器系统的控 长安大学硕上学位论文 制核心。有的燃烧器用变频器控制进煤量，而不用调速电机控制( 见图2 - 9 ) 。 煤粉燃烧器原理：操作过程是：打开柴油控制阀，柴油先期燃烧提高燃烧炉温度， 然后再打开煤量控制阀，煤粉通过煤粉管道进入炉膛内初燃加大剂量骤燃( 大 风大煤) 骤燃发出大量热挥发水分、灰份部分沉积炉渣部分进入滚筒。 煤粉进入炉膛前由柴油燃烧将燃烧炉烧热，给后续煤粉的燃烧提供合适的温度。一 次风管来风和煤粉充分混合初燃，一次来风通过的风口小、风压大，在炉膛内产生高速 环流形成一次燃烧区，使煤粉充分燃烧，提高了热效率。炉内火焰中心温度可达1 2 0 0 一- - , 1 5 0 0 。c t l 5 1 。 2 4 3 煤粉燃烧器选型 选择时应着重考察以下几个方面： 1 、供热能力取决于煤粉燃烧器，应能满足设备生产需要，最好有一定余量：煤 粉燃烧器的供热能力取决于燃烧器在单位时间内能充分燃烧的煤粉量。很多厂家的燃烧 器不能达到其标称的燃烧量，导致很多用户改用煤粉燃烧器后搅拌设备产量大幅度下j 。 降。 用户考察煤粉燃烧器供热能力时，一要看厂家配备的磨煤喷粉机是否能提供足够的 煤粉，二要看煤粉供应充足时燃烧器能否将其完全燃烧。一般来说，性能优良的四风道、 五风道煤粉燃烧器使用热值在5 5 0 0 卡以上的煤，每吨成品料需要消耗煤粉1 0 5 1 2 5 k g ，技术相对落后的二风道、三风道燃烧器每吨成品料需要消耗煤粉1 3 5 - - 1 6 5k g l l 6 1 。 用户选择煤粉燃烧器规格时，应根据搅拌设备的实际产量来进行选择，最好不要依据搅 拌设备的标称规格来选择。 2 、火焰形状应能根据不同的滚筒结构对火焰的长短、粗细进行调节。沥青搅拌 设备的烘干滚筒对燃烧器的火焰的形状是有严格要求的，要想达到最佳加热效果，燃烧 器火焰的长短粗细都必须能调节。国内很多厂家生产的煤粉燃烧器火焰长短粗细均不能 调节，靠引风机引风来拉长火焰效果并不理想，火焰的粗细更是无法调节。技术先进的 四风道、五风道煤粉燃烧器改进了炉膛内部的结构，可以通过改变不同风道的风量和风 速来调节火焰的长短粗细。要想达到理想的加热效果，用户应优先选择四风道、五风道 煤粉燃烧器。 3 、控制精度能达到施工规范要求的标准，即出料温度允许误差土5 。无论是 通过手动或自动方式，煤粉燃烧器的控温精度都要能保证出料温度的稳定。控温精度高， 1 5 第章堞油两用搅拌设备构成 就要求煤粉火焰燃烧稳定。如果是自动控温就要求有反应灵敏的控制系统，能在温度 变化时及时调节。用户选择时，应优先选用火焰稳定性好的四风道、五风道煤粉燃烧器， 高端用户可选用自动控温系统以保证控温精度。 4 、整机可靠性可靠性高，炉膛及火口使用寿命长，免维护或维护简便。燃烧器 结构先进，煤粉能充分燃烧，不冒黑烟，环保性能好。 5 、自动化程度先进的煤粉燃烧器能实现全自动控制，在操作室内就能监控、调 节燃烧状态，用户操作更加简单方便。煤粉燃烧器的燃烧效果取决于其炉膛的内部结构， 结构落后的煤粉燃烧器，不管其炉膛是否旋转，其燃烧原理都是一样的，都存在燃烧不 充分、易结渣、使用寿命短等种种缺陷。不少用户被旋转炉膛的煤粉燃烧器表面现象所 迷惑。炉膛旋转的目的只是为了让下部沉积的未燃尽的煤粉及灰渣换个地方，对于煤粉 的充分燃烧没有任何益处。炉膛旋转后，火口受热较为均匀，但其燃烧原理仍然没有改 变，炉膛内温度仍然偏高炉膛及火口使用寿命没有根本的提高。再加上旋转炉膛与固 定部件之间的密封没有好的办法，容易因漏风而破坏煤粉的燃烧环境，导致燃烧不充分 的机率大大增加。 25 煤油两用燃烧器 煤油两用燃烧器不同于普通燃煤燃烧器，它属于混合型燃烧器，可单独燃煤也可单 独燃油，并且可以实现煤油的混烧。目前该燃烧器已经投产达标，运行情况庭好，多台 设备已投入使用。现将其结构和工作原理介绍如下。 图2 1 0n c b 系列煤，油燃烧器“7 1 长安 学顽学位论文 2 51 煤油两用燃烧器结构 煤油两用燃烧器主要由燃烧器、炉膛、煤粉输送系统、磨煤系统、供风系统、燃油 供给系统等组成。 图2 - u n c b 系列煤油燃烧嚣使用现场 1 、燃烧器：该燃烧器主要包括：o 设置于燃烧室后部的风箱以及由内而外依次套 设在风箱风道中的风煤管、油枪，鼓风机，燃油输送装置，风油联动装置。风煤 管后端的风煤进口通过输送管道与外部的风煤机连接：油枪出口端装设有喷油嘴，油枪 后端的油口通过油管路与外部的油泵连接l i 8 】；鼓风机主要用于油的雾化和燃烧所需挈p 气：燃油输送