（机械设计及理论专业论文）贵州省沥青拌合设备节能减排技术及试验统计研究.pdf

e n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o nt e c h n o l o g yo fg u i z h o u s a s p h a l tm i x i n gp l a n ta n d s t a t i s t i c a lt e s ts t u d i e s b y l o n g z h o n g m i n g b e ( c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y ) 2 0 0 6 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fs c i e n c e l n m e c h a n i c a ld e s i g n & t h e o r y l n c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rl iz i g u a n g m a y , 2 0 1 1 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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 法律后果由本人承担。 储群：轸基。个醐1 删1 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。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 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论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：墨 导师签 日期：, z 夕t 1 年j ，月, j e 1 日期：切f 1 年，月，6e l 咽r 走 摘要 近年来，贵州省基础交通设施建设的蓬勃发展为经济的快速增长做出了突出 的贡献，同时也将为公路的养护带来能源消耗和排放。在贵州省现有的公路养护 施工工艺中沥青拌合设备是主要的能耗和排放设备。针对目前使用最广泛的煤粉 型强制间歇式沥青混凝土拌合设备的高能耗和高排放问题，本文着重对一种新型 的煤转气型强制间歇式拌合设备的能耗和排放与煤粉型设备做了统计对比试验调 查，并建立了相关的煤耗和排放线性回归模型。 本文对贵州省所有养护用3 0 t 煤转气型沥青拌合设备进行全面调查，同时调 查了这些设备所在沥青拌合场中的同型号的煤粉型设备，并抽取一定量的包含煤 耗、粉尘排放浓度、烟尘黑度、骨料含水量、设备操作规范系数、出料温度、环 境温度、骨料级配参数和设备已使用年限等指标在内的样本，利用统计学的理论， 将线性回归模型方法应用到沥青拌合设备的节能减排统计上，分别构建了煤粉型 与煤转气型沥青拌合设备能耗、粉尘排放浓度及烟尘黑度线性回归模型。通过能 耗与排放的对比试验调查和分析，得出煤转气设备比煤粉型设备在粉尘排放浓度 方面降低7 0 以上，能耗可以节约1 4 左右，在能耗、排放和经济上有很大的优 势；通过沥青拌合设备的节能减排统计线性回归模型，为沥青拌合设备的生产实 践提供降低能耗和排放的理论性指导和优化建议。理论和实际证明：大力推广节 能减排新技术，采用煤转气型沥青拌合设备在节能上有明显的效果，特别是在减 少排放方面优势非常突出。 关键词：沥青拌合设备、煤转气、节能减排、线性回归模型 a bs t i 认c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ev i g o r o u sd e v e l o p m e n to fb a s i ct r a n s p o r t a t i o nf a c i l i t i e si n g u i z h o up r o v i n c em a d eo u t s t a n d i n gc o n t r i b u t i o no ft h er a p i dg r o w t ho f t h ee c o n o m y i ta l s ow i l lb r i n ge n e r g yc o n s u m p t i o na n de m i s s i o n sf o rh i g h w a y sm a i n t e n a n c eo f g u i z h o up r o v i n c e i nt h ee x i s t i n gc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo fh i g h w a y sm a i n t e n a n c e ， a s p h a l tm i x i n gp l a n ti s t h em a i ne q u i p m e n to fe n e r g yc o n s u m p t i o na n de m i s s i o n s a c c o r d i n g t ot h ep r o b l e m so fh u g ee n e r g yc o n s u m p t i o na n de m i s s i o n so ft h ec o a lt y p e f o r c e di n t e r m i t t e n ta s p h a l tm i x i n gp l a n tw h i c hi st h em o s tw i d e l yu s e d ，i nt h i sp a p e r w em a i n l yd o n eas t a t i s t i c a lc o n t r a s te x p e r i m e n ti n v e s t i g a t i o nf o ran e wk i n do f c o a l g a st y p ef o r c e d i n t e r m i t t e n t a s p h a l tm i x i n gp l a n t ，a n d e s t a b l i s h e dl i n e a r r e g r e s s i o nm o d e lo fc o a lc o n s u m p t i o na n de m i s s i o n sr e l e v a n t l y i nt h i s p a p e r ，w et o o k at h o r o u g hi n v e s t i g a t i o nf o r30 tc o a lt y p ef o r c e d i n t e r m i t t e n ta s p h a l tm i x i n gp l a n ti ng u i z h o up r o v i n c e m e a n w h i l ew ei n v e s t i g a t e dt h e s a m em o d e ln u m b e rc o a lt y p ee q u i p m e n ti nt h a tf i e l dw h i c hc o n t a i n st h ec o a l 。g a s e q u i p m e n t a n de x t r a c tac e r t a i na m o u n to fs a m p l ew h i c hc o n t a i nc o a lc o n s u m p t i o n ， d u s te m i s s i o nc o n c e n t r a t i o n ，s m o k eb l a c k e n i n g ，a g g r e g a t e m o i s t u r ec o n t e n t ， e q u i p m e n to p e r a t i o n n o r m c o e f f i c i e n t ，d i s c h a r g i n gt e m p e r a t u r e ，e n v i r o n m e n t a l t e m p e r a t u r e ，a g g r e g a t eg r a d a t i o np a r a m e t e r sa n de q u i p m e n tu s e df i x e d n u m b e ro f y e a r s ，e t ci n d e x e s u s i n gt h es t a t i s t i c a lt h e o r y , t h el i n e a rr e g r e s s i o nm o d e li sa p p l i e d t ot h ee n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o ns t a t i s t i c a l l yo fa s p h a l tm i x i n gp l a n t m e a n w h i l ew ec o n s t r u c t e de n e r g yc o n s u m p t i o n ，d u s te m i s s i o nc o n c e n t r a t i o na n d s m o k eb l a c k e n i n gr e g r e s s i o nm o d e lo ft h ec o a lt y p ea n dt h ec o a l - g a st y p ea s p h a l t m i x e r ，r e s p e c t i v e l y t h r o u g ht h et e s ti n v e s t i g a t i o nc o m p a r i s o na n da n a l y s i so fe n e r g y c o n s u m p t i o na n de m i s s i o n s ，t h er e s u l ti s t h ec o a l - g a st y p ee q u i p m e n tr e d u c em o r e t h a n7 0 d u s te m i s s i o nc o n c e n t r a t i o nt h a nt h ec o a lt y p eo n e ，c a ns a v ea b o u t14 e n e r g yc o n s u m p t i o n ，h a v eg r e a te c o n o m i ca d v a n t a g e i ne n e r g yc o n s u m p t i o na n d e m i s s i o n s t h r o u g h t h ee n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o ns t a t i s t i c a ll i n e a r r e g r e s s i o nm o d e l ，o f f e r e d t h et h e o r e t i c a lg u i d a n c ea n do p t i m i z a t i o ns u g g e s tf o r r e d u c i n ge n e r g yc o n s u m p t i o na n de m i s s i o n so fa s p h a l tm i x i n gp l a n ti np r o d u c t i o n p r a c t i c e t h e o r e t i c a la n d a c t u a lp r o o fm e a n st h a tp o p u l a r i z i n gn e wt e c h n o l o g yo f e n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o n ，w h i c hm a k eu s eo ft h ec o a l g a st y p ea s p h a l t m i x i n gp l a n t ，h a v es i g n i f i c a n te f f e c t so nt h ee n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o n ， i l e s p e c i a l l y ，t h eo u t s t a n d i n ga d v a n t a g ei nr e d u c i n ge m i s s i o n s k e yw o r d s ：a s p h a l tm i x i n gp l a n t ，c o a l g a s ，e n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o n ， l i n e a rr e g r e s s i o nm o d e l i i i 目录 摘 要i a b s t r a c t i i 第一章绪论 1 1 研究背景1 1 1 1 能源形势及政策环境1 1 1 2 贵州省公路建设和养护的概况- 2 1 2 沥青路面养护工艺中沥青拌合设备的能耗与排放情况3 1 3 沥青拌合设备的发展与其节能减排研究情况一4 1 3 1 国内外发展现状”4 1 3 2 沥青拌合设备的节能减排研究现状一5 1 4 本课题研究的现实意义6 1 5 论文结构7 第二章节能减排理论及评价体系指标方法综述 2 1 节能减排理论基础8 2 1 1 可持续发展理论8 2 1 2 循环经济理论1 0 2 2 综合评价方法1 1 2 2 1 层次分析法11 2 2 2 模糊评价法1 2 第三章贵州省沥青拌合设备节能减排现状及影响因素分析 3 1 沥青拌合设备的能源消耗和环境污染分析1 4 3 1 1 沥青拌合设备燃料类型的选择1 4 3 1 2 燃煤型沥青拌合设备的能源消耗情况1 5 3 1 3 燃煤型沥青拌合设备的环境污染情况1 7 3 2 沥青拌合设备的节能减排影响因素分析1 7 3 2 1 沥青拌合设备的结构和技术参数1 7 3 2 2 沥青拌合设备的施工工艺条件1 8 第四章沥青拌合设备节能减排统计试验调查方案的设计和统计模型的构建 4 1 节能减排统计试验调查方案的设计1 9 4 1 1 调查试验的目的1 9 4 1 2 调查试验的方法1 9 4 1 3 调查试验的项目2 0 4 2 能耗和排放数据的抽样2 2 4 2 1 抽样方法2 3 4 2 2 整体均值的准确度和可靠度分析2 3 4 3 能耗统计线性回归模型参数的确定2 7 4 4 能耗统计线性回归模型参数的确定2 8 4 5 统计模型显著性检验3 4 4 6 统计模型的优化”3 6 4 6 1 最优化方法的选择3 7 4 6 2 统计模型的优化过程4 0 第五章拌合设备的节能减排对比研究和对策分析 5 1 节能减排对比和施工异常情况分析一4 1 5 1 1 基于线性回归模型的节能减排对比分析4 l 5 1 2 施工异常情况分析4 3 5 2 建议及对策”4 3 5 2 1 加强节能减排监管能力一4 3 5 2 2 加强法律法规及标准建设4 4 5 2 3 大力推广节能减排新技术4 4 5 2 4 优化施工参数4 5 第六章结论与展望 6 1 主要研究结论4 6 6 2 展望4 6 参考文献4 7 致谢5 0 附录a 5l 附录b “5 2 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 能源形势及政策环境 公路交通的建设与维护是国民经济持续增长的重要保证。而处理好公路交通 建设带来的巨大能源消耗和排放与人类可持续发展之间的关系是我们当今社会的 一个重要课题。近年来，随着国际上各种能源资源价格的持续走高，能源的战略 性地位日益彰显。而我国更是一个能源资源人均占有量相对匮乏的国家，据国家 信息中心预测：国内石油消费量到2 0 1 0 年和2 0 2 0 年将分别增加到4 2 5 亿吨和 5 7 2 亿吨，对进口石油的依存度将达到5 5 和6 6 t lj 。并且，由能源消耗所带来 的环境影响已经成为世界人民的焦点。自2 0 0 9 年1 2 月哥本哈根世界气候大会以 来，“节能减排 工作在我国再次引起了广泛的关注【2 】。随着社会的发展，能源资 源消耗巨大，污染排放物不断增加【3 j ，我国国家层面的“节能减排”系统工程始于“十 一五规划纲要 ，其中提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低2 0 的约束 性指标。即将通过的“十二五规划”将继续关注节能减排。“加快建设资源节约型、 环境友好型社会，提高生态文明水平”是“十二五规划”重要内容。 国家发展和改革委员会主任张平表示，在“十二五”期间仍然要对能源消耗的 强度，温室气体排放的强度，以及主要污染物总量的排放，继续加大节能减排工 作力度。并将提出到2 0 1 5 年能源消耗的强度比2 0 1 0 年要下降1 6 ，温室气体的 排放强度要下降1 7 ，主要污染物的排放总量要下降8 一1 0 【4 】。在具体的工作 中，对“十一五”行之有效的一些举措，会继续总结和完善，并且加以坚持和推广。 对于“十一五”中有一些不妥当的做法，会进一步改进。国家发展和改革委员会副 主任解振华指出“十二五期间，中国将采取六大措施力促节能减排【5 1 。 一、依法节能，确保各项制度的落实，使节能由劝导、鼓励逐步转向依法强 制执行的硬性要求； 二、强化目标责任，科学确定、分解落实节能减排和应对气候变化的各项目 标任务，合理控制能源消费总量，加强评价考核，实行严格的责任制和问责制； 三、加快结构调整，实行固定资产投资项目节能评估审查和环境影响评估审 查： 四、加大技术推广力度，大力支持先进节能技术产业化、节能技术改造、节 能产品惠民工程，城镇污水垃圾处理机配套设施建设，烟气脱硫脱硝、清洁生产、 重金属污染治理等重点工程建设； 五、善政策机制，理顺煤、电、油、气、水、矿产等资源类产品价格关系， 严格落实差别电价、惩罚性电价和脱硫电价； 六、引导绿色消费，鼓励使用节能节水的认证产品、环境标志产品和再生利 用产品。 1 1 2 贵州省公路建设和养护的概况 1 、公路通车里程大幅增加。 到1 9 9 9 年底，贵州省公路通车里程3 3 9 7 3 公里，公路密度是1 9 1 2 公里百平 方公里，其中等外级公路占总里程数的5 4 4 6 ，路面主要为泥结碎石路面，高级 次高级路面仅有5 0 3 9 公里。从西部大开发战略实施以来，贵州省公路建设高潮不 断掀起，其通车里程也大幅增长，特别是近几年来，每年均以1 0 0 0 0 多公里的速 度递增。到2 0 0 1 年，全省实现了县县通油路，2 0 0 6 年消除了全省国省干线公路 上的所有等外级公路。到2 0 0 9 年，全省公路通车总里程已达到1 4 2 5 6 2 公里，公 路密度也达到8 0 9 1 公里百平方公里，相比1 9 9 9 年分别增长了1 0 8 5 8 8 公里和 6 1 7 9 公里百平方公里。等级公路里程数大幅增加，全省的等级公路达到6 8 0 4 6 公里，高级次高级路面里程数达到3 2 9 9 3 公里。全省公路通行条件已有显著改善， 干支结合、四通八达的公路交通网络基本形成【6 】。 2 、高速高等级公路快速发展。 2 0 0 0 年以前，贵州省仅有二级以上公路7 6 8 公里，其中高速公路有1 1 5 公里， 一级公路有2 6 公里，二级公路有6 2 7 公里。从西部大开发战略实施以来，贵州省 高速和高等级公路建设步伐明显加快，建设里程数快速增多。到2 0 0 9 年底，全省 已建成二级以上公路4 5 1 1 公里，其中高速公路有1 1 8 9 公里，从省会贵阳到各市 州地政府所在地已实现了高速高等级公路连通，“一横一纵四连线”高速和高等级 公路主骨架网已全部建成。公路快速通道的加快形成，缩短了全省城乡之间以及 邻省间的时空距离，改变了贵州省山区地形地貌的制约，更加凸现出了贵州作为 西部公路交通枢纽的重要战略位置。 3 、农村公路建设突飞猛进。 2 0 0 0 年前，贵州省农村公路的通达率很低，即使是已建成的农村公路标准也 很低，抗灾能力弱，晴通雨阻，问题十分突出，农村的群众交通运输和出行非常 困难。2 0 0 0 年以来，国家加大了对县际油路和农村公路建设的投入力度，全省也 相继实现了乡乡通公路，县县通油路的目标，各地州市到县以及县到县的公路条 件有了显著的改善。2 0 0 3 年以后，交通运输部启动了大规模的农村公路建设工程， 每年农村公路建设里程均达1 0 0 0 0 公里以上，农村公路通达通畅率迅猛增加，到 2 0 0 9 年，全省实现了8 7 7 7 的乡镇通油路、9 1 4 3 的建制村通公路。农村公路 的建设成为了群众欢迎的、社会满意的民心工程与德政工程，为支持“三农”发展、 社会主义新农村建设和维护社会和谐稳定提供了强有力的交通支持。 2 虽然新建公路的增长速度和公路通车总里程，不可能无限地、长期地高速增 长，随着公路通车里程的增长与现实社会需求日益趋近，其新建公路的发展速度 必将减缓。但是，已建成的公路在使用中由于受到各种因素的影响，特别是车流 量和载流量的增加，公路使用功能将会降低，甚至受到破坏。因此，为了维持公 路的使用功能、保证车流畅通和行车安全，对公路施行必要的养护措施，是不可 或缺的；而且，公路里程越长，其养护工作的任务越繁重。公路的建设与养护对 公路交通运输事业起着同等重要的作用，但从长远观点来说，公路的新建不可能 是“无限的 ，而公路的养护却是“无限的 。公路养护的作业内容较为繁杂，某 些工作也很繁重，特别是高等级公路，其养护标准高，技术要求严格，单靠原始 地用人工劳作的方式来完成养护作业，显然难以适应现代化公路交通运输事业的 要求，只有采用机械化的养护方式才能适应。养护机械设备是公路养护生产力的 一个重要组成部分，是现代化养护生产方式的物质基础。因此无论是现在公路建 设蓬勃发展使其，还是将来繁重公路养护使其，公路的建设和养护总是会有巨大 的能源需求。 公路的建设和养护作为一个高能耗和高排放的行业，施工管理者只有顺应国 家和时代的绿色发展需求，主动加入到节能减排的系统工程中来，走一条绿色的、 节能环保的施工路线才能实现自身的可持续发展。虽然交通运输行业的客货运管 理方面的节能减排研究已开展多年，而公路本身的建设和养护方面却没有受到足 够的重视，是建设现代绿色交通行业节能的最为薄弱的一环。因此严格遵守国家 的节能减排方面的法律法规，主动迎合国家政策和市场需求，加强和改善公路建 设和养护施工中的能耗管理，发展和引进节能减排的新技术是当前公路交通建设 和施工的一项重要工作。在首届中国公路筑养路机械技术大会上，交通运输部筑 路机械测试中心常务副主任谢立扬指出，交通发展面临的资源和环境优势日趋严 峻，继续沿用传统的增长方式推进交通发展难以为继，必须走出一条资源节约和 环境友好的交通发展之路，推广选用能耗低、效率高的设备。 1 2 沥青路面养护工艺中沥青拌合设备的能耗与排放情况 目前国内广泛流行的沥青路面的养护工艺流程如下【7 母j ： 骨料装混合料混合料 载拌合转运 混合料 路面压实 摊铺压路机 从沥青路面的养护流程可以看出，在沥青路面的养护施工中，每个施工工序 均存在能源消耗和大气污染物排放。其中，节点一、三、四、五是属于内燃机耗 能做功驱动主机正常运行，大气污染物的排放主要是内燃机燃烧后产生的尾气， 主要是二氧化碳、氮氧化物和没有完全燃烧的一氧化碳，节点二沥青混合料搅拌 设备耗能主要是对冷骨料进行加热，使冷骨料达到1 2 0 一一1 8 0 ，以便在搅拌 缸内沥青能够有效的裹敷在骨料上，形成合格的沥青混合料。大气污染物的排放 主要是煤粉没有充分燃烧产生的烟粉尘、骨料在烘干过程中产生的粉尘以及油类 燃烧产生的二氧化碳、氮氧化物和没有完全燃烧的一氧化碳。据相关文献对道路 养护工程设备能耗调查结果表明：在有摊铺设备的施工工艺中，沥青混合料拌和 设备的能源消耗要占到整个设备能源消耗的5 0 一6 0 ；而无摊铺设备的工艺中， 拌和设备所消耗能耗比例则大于7 0 。此外在环保方面，无论有无摊铺设备，拌 和设备的污染物排放比例均大于8 0 t l o 】。 1 3 沥青拌合设备的发展与其节能减排研究情况 1 3 1 国内外发展现状 沥青混凝土拌合设备在国外有着悠久的历史，经过长期的实践和研究，尤其 是随着计算机信息技术的迅速发展，沥青混凝土搅拌设备已经达到很高的水平。 目前国外的著名品牌有德国的阿曼、边宁荷夫，意大利的玛连尼，加拿大的加隆， 英国的a c p ，日本的日工等。国外的沥青拌和设备多采用连续滚筒式结构，采用 该结构形式的设备具有生产效率高、能源消耗低等优点。伴随着其智能控制技术 在其沥青混凝土搅拌设备上的发展和成熟。现在国际市场上的设备具有大型化、 集成化和智能化的特点。在中国目前的国内市场，一些高端的大型的沥青混凝土 搅拌设备主要还是国外设备占主导地位。长期以来国外设备从设备燃料的燃烧效 率以及烘干筒的传热等方面着手对设备的机械结构和控制系统方面进行了深入的 4 研究，其产品能耗和排放性能已趋成熟。为了适应全球的发展趋势，欧、美、日 等工程机械强国，正寻求一些新的技术方法、手段和新的燃料来达到进一步节约 能源、减少排放的目的【1 1 】。 我国的沥青混凝土拌合设备从2 0 世纪6 0 年代末才开始起步，到9 0 年代已经 初具规模。自9 0 年代以来，国内企业积极引进、吸收和消化国外的先进技术。由 徐工率先引进英国a c p 的技术，西安筑路引进英国p a r k e r 和德国边宁和夫公 司的先进技术，南方路机则吸收了意大利和韩国的制造技术。由于我国的目前使 用的材料较杂、变异性很大，再加上大部分的生产都是露天作业，骨料含水量易 受天气影响的缘故，在现有的技术条件下适合采用强制间歇式沥青混合料搅拌设 备来保证搅拌成品料的质量【l 2 j 虽然我国现在强制间歇式拌和设备的市场保有率在9 0 以上，但连续滚筒式 设备有其强大的节能和效率优势。并通过国外对连续式烘干拌和设备在技术上的 不断完善和在实践应用中的证明，连续滚筒式烘干拌和设备在国内具有广阔的前 景。 1 3 2 沥青拌合设备的节能减排研究现状 一、骨料烘干加热燃料的优化选择 沥青路面养护中使用的沥青混合料拌和设备通常都以柴油( 轻油) 为燃料来加 热骨料，然而随着原油价格的不断上涨，为降低养护成本，各施工单位不得不寻 求以重渣油或煤来取代柴油作燃料，但重渣油粘性大，不易流动，燃烧效果不好， 会对沥青混合料质量产生不利影响，且成本也比较高【1 3 ，1 4 】； 顺应市场和国家既能减排政策的要求，从2 0 0 9 年开始煤转气技术在沥青拌合 设备上得到了成功的应用。该技术以其燃烧充分、热值高以及粉尘排放少等诸多 优点，赢得了市场的青睐。 无论是哪种燃料的使用，燃料的燃烧的火焰好坏、效率与其燃烧时的进风量 有着很大的关系，因此国内外的诸多设备厂商和学者都对此进行了深入的研究【l 5 1 6 ，1 7 1 o 二、烘干筒的结构和参数优化 烘干筒结构的优化需要根据骨料在烘干筒内的流动状态、烘干筒内温度场的 分布以及不同传热状态下的传热效率来进行【1 8 ，1 9 】。交通部筑路机械测试中心的余 建辉通过对滚筒式沥青拌和机的烘干筒进行温度分区来定量分析其热效率，从而 对施工中的参数设置进行指导和并设备加热效率进行了验证。江苏大学的工程机 械研究所的田晋跃，建立了再生沥青拌合烘干筒内的动力学控制方程、烘干滚筒 模型和烘干滚筒内的温度场的仿真模型。通过对烘干简的运动和热学模型的综合 分析来优化设备结构达到提高质量和效率的目的【2 0 。2 4 】。 5 三、控制系统的优化 通过控制系统的优化可以提高骨料烘干后温度的一致性和均匀性，这样既降 低了骨料烘干温度过高带来的不必要的能量损失，根据传热学的场协同理论又可 以提高传热效率。吉林大学的机械科学与工程学院的杨楠将模糊预测控制理论运 用到沥青拌和机的骨料烘干加热系统上，即通过测得被控制量的当前值，利用数 字信号处理技术对被控制量的变化趋势进行预测，得出被控制量下一时刻的变化 趋势，控制系统自动调整下一步操作，以实现对被控制量的实时监控。从而实现 了骨料烘干温度稳定性的较好的优化【2 5 , 2 6 】。 本论文将主要针对目前应用范围最广泛的燃煤型强制间歇式沥青拌合和设备 和新型的煤转气型强制间歇式沥青拌合设备进行对比研究，并建立煤耗和排放回 归模型。 1 4 本课题研究的现实意义 沥青拌合设备在施工工程中的高能耗和高排放一直是贵州省公路局在进行公 路养护工作的一个难点问题。如果以柴油作为骨料烘干的燃料，则难以避免养护 工作中沥青混合料生产的高成本问题的困扰，并且随着国际燃油价格的持续走高， 柴油带来的高施工成本问题已经让施工方难以承受。当施工方寻求以煤、重渣油 来取代柴油( 轻油) 时，重油作为主要机械燃料燃烧时的污染范围大、污染时间长 久。不仅存在有土壤污染和水体污染，更为重要的是燃烧时产生的硫的氧化物( 二 氧化硫和三氧化硫) 排到大气中造成空气污染，对人体产生危害，并且燃烧过程 中产生的氮氧化物和硫氧化物在高空中被雨雪溶解，雨就成为了酸雨，而酸雨中 的酸性气体溶解所产生的亚硫酸根、硝酸根和氨离子，会严重污染土壤以及水体， 造成生态的失衡【2 7 之9 1 。因此寻求一种新型的燃料来代替煤或重油是沥青拌合设备 发展的必然趋势，而煤转气技术在沥青搅拌设备上的应用就是在这种背景下运用 而生的。 煤转气技术应用于公路养护行业属于一种全新的工艺技术。将贵州省丰富的 煤炭资源转化为无污染的、清洁的气体资源作燃料，既降低公路养护成本，又契 合了国家新时期的节能减排政策和要求。目前，国内外均没有系统对搅拌设备和 煤气发生装置进行节能研究，也没有对煤转气沥青混合料搅拌设备能耗和环保情 况进行研究，这种现状极大限制了煤转气强制式沥青混合料搅拌设备的推广，也 给交通领域节能减排工作带来了不必要的困难，这也正是我们开展沥青混合料搅 拌设备节能减排技术试验研究的主要目的。 本课题来源于贵州省交通厅项目一公路养护典型设备节能减排技术研究， 依托于贵州省公路系统养护工程进行，主要就是针对于煤转气型和燃煤型沥青搅 拌设备的比较分析研究。 6 1 5 论文结构 第一章绪论。介绍了本论文的研究背景和节能减排的政策环境，以及通过公 路建设、养护施工工艺以及沥青拌合设备的能耗研究现状揭示本论文的研究意义。 第二章节能减排理论及评价体系指标方法综述。简单介绍了可持续发展理 论、循环经济理论和综合评价方法中的层次分析法和模糊评价法。 第三章贵州省沥青搅拌设备节能减排现状及影响因素分析。从贵州省煤炭资 源特点和沥青搅拌设备的类型出发，分析了其沥青搅拌设备的能耗和环保现状。 并简单分析了沥青拌合设备节能减排的影响因素。 第四章沥青拌合设备节能减排统计试验调查方案的设计和统计模型的构建。 根据数理统计相关理论设计了试验调查方案，并根据试验调查数据建立了煤粉型 和煤转气型沥青拌合设备的能耗好排放统计回归模型。 第五章沥青搅拌设备的节能减排对比研究和对策分析。根据建立的能耗和排 放统计回归模型，比较研究了煤粉型和煤转气型两种沥青拌合设备的节能减排效 果。提出了实现节能减排的对策。 第六章总结与展望。 7 第二章节能减排理论及评价体系指标方法综述 2 1 节能减排理论基础 节能减排已经成为当前世界的热点问题之一，根据国内外专家对于节能减排 的发展历程、方法原理、现实意义和评价方法等方面的研究，现将研究成果做如 下综述。 2 1 1 可持续发展理论 二十世纪中期以来，世界各国都开始走出第二次世界大战的战争泥潭。日、 德等一些战败的发达国家开始大力发展国民经济以弥补战争带来的创伤；美、俄 等发达国家则进入冷战中的军备竞赛；一些摆脱了殖民统治的发展中国家也借此 机会快速发展经济。一时间，在物质经济快速膨胀的情况下，人们忽略了对人口 资源和环境污染等问题的注意。而当经济快速增长过程中伴随的资源危机、土地 沙化日益严峻、环境污染日益严重和物种灭绝及森林面积大量减少等种种问题的 出现时，人们开始意识到此前不计后果的经济活动已经开始危机人类的生存。于 是越来越多的学者开始思考这种单纯的经济活动的意义，越来越多的人开始审视 以前的发展行为。在这种背景下，可持续发展的思想和理论就运用而生了。 美国经济学家肯尼斯鲍尔丁在2 0 世纪6 0 年代于他的论文一一门科学一 生态经济学中提出了他著名的“宇宙飞船经济观 ，并指出了经济发展中生态问 题的严重性。美国经济学家福雷斯特尔于1 9 7 1 年，在他的著作一世界经济学中， 指出人类经济发展终会因为资源枯竭而停滞。罗马的丹尼斯麦多斯等人于1 9 7 2 年，在他们出版的作品增长的极限中提出了著名的“增长极限论 。他们指出， 按照以往的发展模式，只要人口和经济增长的正反馈回路继续产生更多的人和更 高的人均资源需求，这个系统就会被推向它的极限，即耗尽地球上的不可再生的 资源【30 1 。 可持续发展( s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ) 的概念于同年6 月在斯德哥尔摩举行 的联合国人类环境研讨会上正式讨论。这次研讨会聚集了全世界的工业化和发展 中国家的代表，共同确定了人类在缔造一个健康和富生机的环境上所享有的权利 和目标。1 9 8 0 年，国际自然保护同盟的世界自然资源保护大纲指出：“必须 研究自然的、社会的、生态的、经济的自然资源以及利用自然资源过程中的基本 关系，以确保全球的可持续发展。”1 9 8 1 年，美国农业科学家莱斯特布朗出版 了建设一个可持续发展的社会，分析了粮食短缺、土地沙化、石油枯竭和资源 耗竭这四大问题，并提出了要以控制人口增长、保护资源基础和开发再生能源来 8 i 一 9 2 1 2 循环经济理论 随着工业革命的成果向全球范围的普及，全世界范围内的人口剧增、资源短 缺、环境污染和生态蜕变的问题日益严峻，作为人类重新认识自然，尊重和探索 客观规律的产物，循环经济思想萌芽产生于2 0 世纪6 0 年代，即环境保护思潮和 运动崛起之时。 2 0 世纪6 0 年代，美国经济学家肯尼斯鲍尔丁指出，如果地球像宇宙飞船 一样，用资源满足自身的需求并留下废弃物，那么到资源耗尽、飞船舱内充斥垃 圾的时候，地球也会如同宇宙飞船般最终毁灭。如果地球要免于因资源枯竭而毁 灭的命运，就必须用“宇宙飞船经济理论”取代“牛仔经济”，对经济发展提出新 要求：第一，人与自然界应该是种双向互动的关系；第二，采取全新的生态生产 方式，把对环境的危害程度最小化；第三，追求生态效益和社会效益的观念，形 成生态与经济相结合的生态经济。进一步，鲍尔丁引入循环经济概念来实现他对 经济发展的构想。他提出：循环经济是指在人、自然资源和科学技术的大系统内， 在资源投入、企业生产、产品消费及其废弃的全过程中，把传统的依赖资源消耗 的线性增长的经济，转变为依靠生态型资源循环来发展的经济。 循环经济概念的提出启发了2 0 世纪6 0 年代末期开始的关于资源和环境的国 际经济的研究。1 9 6 8 年4 月，罗马俱乐部提出了人类经济增长的极限问题。1 9 7 2 年，罗马俱乐部发表了增长的极限研究报告，其中专门写了人均资源利用， 说明资源循环问题【30 1 。循环经济也扩展了2 0 世纪8 0 年代的可持续发展的研究， 把循环经济与生态系统结合起来，在联合国世界环境与发展委员会撰写的总报告 我们共同的未来中专门写了公共资源管理，探讨了通过管理来实现资源的 高效利用、再生和循环问题。2 0 世纪9 0 年代，知识经济研究给循环经济赋予了 高科技产业化和学习型社会的内容。 在循环经济思想的指导下，各种对策理论相继出现，比较著名的有罗马俱乐 部提出的“零增长理论、戴提出的“稳态经济理论、库普斯提出的“资源高价 理论 及“消费限制理论 、柯尔姆提出的“环境使用税理论 ，以及托宾等人提 出的“福利经济指标体系理论等。 解决方法：1 9 9 0 年，戴利提出了著名的“戴利三原则”，揭示了循环经济解 决环境与发展两难问题的基本途径和方法：第一、再生性资源。要求所有再生性 资源的收获水平小于或等于种群生长率，即对某种生物性资源的利用，不应超出 这其再生能力。第二、污染。要求所有可降解污染物的排放水平低于生态系统的 净化能力。第三、非再生性资源。要求将来非再生资源开采的收益分为收入流和 投资流，投资流应投入到替代的再生性资源。 后来，在部分企业和国家的实践基础上，根据循环经济的基本理念和社会生 l o 产的客观规律，归纳出了循环经济主要遵循的3 r 原则：首先，减量化原则 ( r e d u c e ) 。主要是针对于输入端的方法，旨在减少进入到生产和消费过程的物质 量。生产中，制造厂可通过减少产品的原料使用量，通过重新设计制造工艺和优 化流程来节约资源和减少排放。消费中，人们可选择包装物较少的物品，购买耐 用的、可循环使用的物品，以减少垃圾的产生。减量化原则的核心是通过预防和 全程治理方式来替代末端治理方式。其次，再利用原则( r e u s e ) ，主要是属于过 程性方法，目的在于延长产品和服务的利用效率，尽可能多地利用物品，避免物 品过早地成为垃圾，充分实现物质的利用循环。在生产中，尽量采用标准化设计， 使一些装备快速便捷地升级换代，而不必整机报废。在消费中，在产品使用生命 周期结束以后，易于拆卸和综合利用从而便于返回市场体系供别人使用或者捐献 给需要此物品的人。最后，资源化原则( r e c y c l e ) ，主要是输出端方法，通过把 废物再次变成资源来减少末端处理的负荷。资源化既能够减少垃圾的产生，又可 以变废为宝，以实现废物的综合再利用。资源化方式通常有两种：一是原级资源 化，就是将消费产生的废弃物经过资源化后形成与原来相同的新产品；二是次级 资源化，即将废弃物变成与原来不同的新产品。相适应地，消费者也应增强消费 再生物品的观念和意识，来促进循环经济的发展。 2 2 综合评价方法 对节能减排的综合评价可以针对于管理部门和施工单位进行，通过综合评价 的结果可以为管理部门提供有效的决策信息和监督依据。层次分析法和模糊评价 法是节能减排评价工作中应用最广泛和最实用方法 2 2 1 层次分析法 美国运筹学家a l s a a t y 于2 0 世纪7 0 年代提出的层次分析法 ( a n a l y t i c h i h y p