摘要：为了合理选择沥青搅拌设备的一级除尘器，提高除尘器回收粉尘的使用性能，对旋风、百叶窗和蜗壳三种不同形式除尘器的工作原理和特点进行了分析。在工地现场对3台型搅拌设备进行了回收粉试验，通过试验得出了一级除尘器回收粉尘的粒径、亲水系数、塑性指数等指标的数值大小，并首次给出了回收粉尘的总平均粒径范围，为一级除尘器的设计、选型提供参考依据。

关键词：沥青搅拌设备；一级除尘器；回收粉；试验

引言

沥青搅拌设备的除尘系统一般由一级机械除尘器和二级袋式除尘器组成。一级除尘器的工作原理是通过粉尘颗粒所受各种力的作用捕集烟气中的粉尘，主要形式有重力除尘、旋风除尘和惯性分离式除尘设备及其衍生出的多种结构。目前，搅拌设备常用的一级除尘器有蜗壳式除尘器、旋风除尘器和百叶窗式除尘器。

这3种类型的除尘器一般作为沥青混合料搅拌设备除尘系统的气体预处理设备使用，其结构形式比较适合用于处理粉尘浓度高、气体流量大的场合。工作时，从烘干筒排出的粉尘经一级除尘器回收，剩余部分与加热的骨料一起送入到搅拌缸中，与沥青、矿粉搅拌成沥青混合料。其中回收的粉尘作为沥青混合料级配的一部分，粒径应控制在75μm以上，如果回收粉尘粒径过小、级配含量波动较大的话，势必影响混合料级配，使吸附沥青总表面积减少、矿料颗粒表面裹覆的沥青油膜增厚，致使沥青混合料马歇尔稳定度和流值产生较大变化，影响沥青混合料质量。

在沥青搅拌设备中适量使用回收粉尘，可减少矿粉的使用量，节约成本、能源和资源。美国在沥青混合料生产过程中，每年要产生~万ｔ粉尘，其中80%~90%的粉尘又被重新利用。由于中国受到施工规范的限制，远未达到这个比例。因此，对一级除尘器工作性能和回收粉的性质进行研究就显得非常必要，这对节约施工成本、环境保护具有重要意义。

一级除尘器及工作原理

旋风除尘器

自发明开始旋风除尘器便在气固分离领域大量使用，现在沥青搅拌设备上应用最多、除尘效率较高的就是组合式和立式多管旋风除尘器。组合式除尘器由烟尘进口、圆筒、锥体、排灰口和排气口等结构组成。工作时，从烘干筒中抽出的烟气粉尘沿器壁以较快的速度从进口斜向进入除尘器，气流紧贴除尘器壁做螺旋运动，形成绕分离筒的旋转流。在旋转运动过程中，粉尘颗粒受到离心力作用不断被甩向筒壁。在各种力的相互作用下，烟气中的粉尘沿器壁逐渐滑落到排灰口，由螺旋输送机排出；没有被捕捉的尘粒随气流通过排气口逃逸。

组合式除尘器与一般旋风除尘器的区别是：分离筒圆筒部分较高，锥体较小；进气管倾斜，其轴线与水平成15°；排气管装有导流蜗壳，用于改变旋转气流方向。这种除尘器除尘效率较高，并具有布置紧凑和运行平稳等特点，但其耐磨性较差。

立式多管旋风除尘器由1个壳体和若干个立式旋风子组装而成，壳体上有烟气进出口、烟气分配室和储灰斗及排灰装置等。由于旋风子直径较小，在气流速度较大的情况下容易被磨损，后来逐渐用耐磨铸铁旋风子和陶瓷管旋风子代替钢板旋风子，但缺陷明显。现在这种除尘器使用较少。

百叶窗式除尘器

百叶窗式除尘器主要由烟气进口、斜板、内斜板、排除口和百叶窗等结构组成。它能有效去除高温烟气中的大粒径粉尘颗粒，防止过热的尘粒损坏滤袋。除尘器左右端面为斜板，作用是让含尘烟气中的大颗粒粉尘在与之碰撞后，受重力的作用顺斜板滑入排尘口后分离。当含尘烟气进入沉降箱时，烟气中较大的粉尘颗粒在重力的作用下先碰撞到斜板，沿斜板滑入排灰口被分离；另外一些粉尘在向前运动时，受离心力和惯性力作用，改变方向甩向斜板上被分离；还有相当一部分粉尘随烟气撞击百叶窗叶片，由于百叶窗叶片具有弯曲角度，含尘气流撞击后速度减慢，烟气内的粉尘在重力沉降作用下被分离。

百叶窗叶片能加速气流急转速度，提高除尘效率，但过高的速度会引起已捕集粉尘的二次卷扬。因此，气流的适宜处理速度为10~15m·s-1。叶板间的距离取20mm，挡灰栅叶板与百叶窗挡灰栅轴线的倾角一般为30°，百叶窗的主要缺点是栅格磨损较快，影响其使用寿命。因此，挡灰栅宜用耐磨钢材或铸铁制作。对于百叶窗式除尘器，含尘烟气冲撞百叶挡板的速度越高，气体流出速度越低，逃逸的粉尘量就越小，除尘效率越高。

百叶窗式除尘器的除尘效率稍低，对20μm以下的粉尘颗粒不能较好的捕捉，在抽气率为10%，压力损失为~Pa时。

百叶窗除尘器的特点有如下几个方面。

(1)与带式除尘器集成在一起，结构紧凑，但对加工制作要求较高，若漏风过大，会影响使用效果。(2)百叶窗式除尘器除尘效率稍低，且一旦制造完成除尘效率不能调节。(3)使用过程中，磨损较快，若用一般的Q钢材，栅板很快会磨穿，因此对制作材料有特殊要求。

国外沥青搅拌设备中，一级除尘形式除采用百叶窗外，有些厂家如日工会选用与袋式除尘器集成在一起的重力除尘器。其工作原理是含尘烟气经烟道进入除尘器内后，气流方向发生°的改变，气流速度下降，迫使大的粉尘颗粒从气流中分离出来。

蜗壳式除尘器

蜗壳式除尘器由烟尘进口、蜗壳体、排灰口、导流板、排气口和锥体等组成，如图1所示。烟气进入螺旋形蜗壳进气口后，气流方向改变形成强烈的圆周运动，不同粒径的粉尘颗粒撞击器壁，随着旋转半径的变化依次分离。部分微小粉尘在靠近除尘器中心时因惯性力作用碰撞导流板，并被反弹到除尘器筒体内壁周围，随大颗粒粉尘下降到排灰口，一些未被捕集的尘粒随气体排出。

蜗壳式除尘器是一种依靠流体惯性力和离心力作用分离固体尘粒的除尘设备。它是在蜗壳浓缩分离器的基础上把内部原有的圆筒形导流板改成2块可调整方向导流板和1块固定导流板的结构形式。正常工作时可根据需要调整的导流板方向来调节除尘器中流体的流动速度和轨迹，从而达到调整除尘效率的目的。蜗壳除尘器内部流体压力损失较小，属低阻型除尘器。

蜗壳式除尘器具有2个特点：一是蜗壳体为渐开线或者对数螺旋线，可减轻气流对壳体的冲击和扰动，为气流提供一个较平稳的过渡过程；二是可通过调整导流板的方向来调节除尘效率，适合用来回收粉尘。作为一个单独总成，蜗壳体除尘器加工、安装较为方便，在使用过程中，若出现问题，可及时进行维修。

目前，国内沥青搅拌设备一级除尘一般采用蜗壳除尘器，而国外沥青搅拌设备一级除尘多采用百叶窗除尘器或重力除尘器。

回收粉粒径试验

影响蜗壳除尘器颗粒分离的因素较多，如骨料的含泥量、含水率、加热温度，烘干筒的负压，燃烧产生的烟气温度、流速，除尘器的结构形式等，但除尘器的结构形式起绝对作用。为比较不同一级除尘器的除尘性能，在工地现场进行了验证试验。用3台型搅拌设备进行试验，除尘形式为百叶窗式和蜗壳式2种，在一级除尘器排灰口处取样，每种工况取3个样本，粉尘粒径先进行筛分，筛底粒径大小由日立S4型场发射扫描电镜完成。粉尘的总平均粒径采用质量平均粒径的算法。

显微镜下的粉尘并不是理想状态中的规则球形结构，其微观结构是由多个微小粉尘集聚形成结构疏松的粉尘体。在放大5　倍后，从图中可以看出在大粒径的粉尘上吸附、粘连着许多粒径极细小的片状粉尘，筛底片状微尘粒径很小，一般不大于5μm。

百叶窗除尘器颗粒尺寸检测

可以看出，百叶窗除尘器回收的粉粒中粒径大于0.3mm颗粒的筛分通过质量百分比仅占0.8%；而0.mm筛孔这一档的却高达52.87%；另外筛底的筛分通过质量百分比是42.12%，说明百叶窗除尘器不仅对大颗粒粉尘有拦截作用，对于粉尘也有较好的除尘效果。

蜗壳除尘器颗粒尺寸检测

蜗壳除尘器颗粒尺寸试验选用同一型号的沥青搅拌站，第1次试验在河南某工地，第2次试验在四川某工地。

可以看出，其筛分结果变化规律与基本类似，颗粒总平均粒径也较为接近。但筛分结果却表现了完全不同的规律，首先是筛分颗粒中出现了4.75mm的大颗粒，占比1.04%，筛底粉尘占比小于30%以下，为26.85%，颗粒总平均粒径约为0.35mm，其除尘结果符合人们对蜗壳除尘器除尘预期。

同样，蜗壳除尘器在不同的工地现场，所得的试验数据差异很大。这与粉尘粒径、冷骨料含泥量、烘干筒负压、除尘器结构及进口风速等因素有关，若冷骨料含泥量较大、它们之间的结合强度较弱或负压较大，这些都可能使尘粒径增大。因此，对于一级除尘器而言，回收粉总平均粒径变化应在0.09~1mm内。

为提高回收粉的粒径大小，首先应控制一级除尘器的进风量，风量的大小与烘干筒的负压、除尘器的进口风速密切相关；其次应根据粉尘粒径的变化，调整导流板之间的相对位置，抑制除尘器由于结构不对称引起的涡核摆动现象，减小除尘器椎体及排灰口附近出现的滞流和返混涡流，使粉尘易于分离。

回收粉路用性能指标

可以看出，回收粉中筛底占了相当大的比例，这些粉尘要作为矿粉的一部分添加到沥青混合料中，在《公路沥青路面施工技术规范》中规定：拌和机的粉尘可作为矿粉的一部分回收使用，但每盘用量不得超过填料总量的25%，掺有粉尘填料的塑性指数不得大于4%。

对筛底回收粉性质的试验研究主要依据现行《公路工程集料试验规范》的规定进行试验。

可知，回收粉各项性能指标符合规范要求，但值得说明的是，回收粉的细度、酸碱性和混合料中的粉尘参入量是一个变化值。这是因为粉尘细度受烘干筒的负压控制，负压越大，烘干筒内气流速度越快，被吸附的粉尘粒径就越大。在实际工作时，操作人员要随时根据冷骨料的含水量、各料仓供料情况来调整负压，因此被吸入一级除尘器回收粉的细度也是随时变化的；另外回收粉中含有的大量的SiO2，其含量越大，回收粉的酸性也越大，酸性变大将导致混合料的黏结力下降，进而降低混合料的水稳定性。还可以看出，筛底所占筛分通过百分率也是波动变化的，这导致回收粉与矿粉的比例无法准确控制，影响混合料的级配。

结语

(1)对3种类型的一级除尘器的工作原理和特点进行了分析，论述了国内和国外在沥青搅拌设备一级除尘器选择上的差异。

(2)对百叶窗除尘器和蜗壳除尘器所回收的粉尘粒径进行了试验研究，结果表明这2种类型的除尘器除尘效率较高；粉尘总平均粒径变化区间应在0.09~1mm之内，满足施工要求。

(3)筛底回收粉作可为填料的一部分掺入到沥青混合料中，其性能指标符合规范要求，经试验验证：表观相对密度在2.5~2.7t·m-3、亲水系数在0.65~0.86、塑性指数小于1，主要性能指标满足要求。