CN105042588B - 一种沥青混合料搅拌设备烘干筒燃烧器风油比的确定方法 - Google Patents
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Abstract
一种沥青混合料搅拌设备烘干筒燃烧器风油比的确定方法，在烘干筒燃烧器的烟道内进行抽气采样，通过机械或变频控制技术调节燃烧器风油比，采用烟气分析仪进行数据采集，得到不同过量空气系数下的热效率；以过量空气系数为自变量，以热效率为因变量，拟合出两者之间的关系曲线图，由该关系曲线图确定最佳风油比。本发明通过确定沥青混合料搅拌设备烘干筒燃烧器最佳风油比，使设备的生产过程燃料燃烧充分，减少碳排放，保护环境，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于公路沥青混合料制备技术领域，具体涉及一种沥青混合料搅拌设备烘干筒燃烧器风油比的确定方法。
背景技术
近年来，沥青路面因其诸多优点已成为高速公路、一级公路路面的主要形式。生产热拌沥青混合料的关键设备为沥青混合料搅拌设备。对沥青搅拌设备而言，最主要的耗能和废气排放发生在集料的烘干、加热过程，因此烘干筒燃烧器烘干加热性能与节能减排问题成为人们关注的重点。当沥青混合料搅拌设备结构及使用参数不合理时热效率低，会造成大量的能源浪费。工程施工中使用的沥青搅拌设备烘干筒燃烧器多按出厂设定的风油比运行，出厂参数为使用标准牌号的柴油设定，当实际使用的燃料品种、牌号与其不一致时，出厂设定的风油比参数难以保证设备在高热效率下运行。因此，需要采用有效的手段对燃烧器的燃烧情况进行检测，测定烘干筒燃烧器的工作参数与热效率之间的关系，确定最佳工作参数，使燃烧器处于高热效率的风油比状态下运行。通过燃烧器风油比测定，可以有效的指导设备调试与混合料生产，对于提高燃烧效率、节能减排等方面具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沥青混合料搅拌设备烘干筒燃烧器风油比的确定方法，该方法在测试现场通过测定烟气中各成分的含量百分比，得出不同风油比条件下热效率与过量空气系数的关系曲线，根据关系曲线确定设备的最佳风油比，使燃料充分燃烧，提高热效率，降低生产成本。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种沥青混合料搅拌设备烘干筒燃烧器风油比的确定方法，包括以下步骤：
1)在烘干筒燃烧器的排气烟道上，开设一个取样孔，然后将烟气分析仪的探头穿过取样孔，伸入烟道内进行抽气采样，同时通过调节燃烧器风油比，得到不同风油比条件下过量空气系数及热效率；
2)以过量空气系数为自变量，以热效率为因变量，拟合出两者之间的关系曲线图，并由关系曲线图确定最佳风油比。
所述烘干筒的排气烟道上设置有布袋除尘器和引风机，取样孔开设在引风机出口的排气烟道上，且到引风机出口的距离大于排气烟道直径的2倍。
进行步骤1)前，先将烟气分析仪进行标定。
进行步骤1)前，在烟气分析仪上选择需要测定的燃料类型，并输入当前的大气压力。
将步骤1)得到的不同风油比条件下的热效率，按狄克逊准则剔除异常的数据，得到有效数据。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明由于采用了烟气分析仪在排气烟道上进行测定，具有通用性强，仪器携带方便，测试途径简化，测试速度快，测试结果精确的优点，且不需要对烘干筒燃烧器及其相关装置进行改装，不影响正常的施工生产，易于在施工现场实现。通过在烟道上进行在线测量，根据得到的过量空气系数量和热效率之间的关系，可以掌握燃烧器运行情况，确定最佳风油比，能够保证燃料燃烧充分，减少碳排放保护环境，降低生产成本。
进一步的，本发明通过在距引风机出口的距离大于排气烟道直径的2倍的排气烟道上开设取样孔，该位置在袋式除尘器之后，能够避免由于烟道中粉尘含量较多，堵塞管路的问题，利于采样。
进一步的，按狄克逊准则剔除异常的数据，保证所采集数据的有效性和准确性。
附图说明
图1是热效率与过量空气系数的理论关系图。
图2是热效率测定试验流程图。
图3是烟气分析仪采样位置图。
图4是热效率与过量空气系数测试关系图。
图中，1为燃烧器，2为烘干筒，3为冷料仓，4为布袋除尘器，5为引风机，6为取样孔。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
参见图1，现有技术研究表明燃烧器的热效率可通过烟气中的O2、CO2、CO含量、排烟温度间接得到，而热效率决定于燃烧器风油比(油气混合条件)。因此，可采用烟气分析仪测量沥青混合料搅拌设备排出烟气中各成分的含量，并根据测得的结果调节燃烧器风油比，获得热效率最高的工作参数。
热效率是评定烘干筒燃烧器加热性能的重要指标，沥青搅拌站燃烧器的热效率可由式(1)计算得出：
式中：E—热效率；Q—燃料完全燃烧产生的热量，KJ；Q1—过量空气带走的热量，KJ；Q2—未完全燃烧生成产物造成的热量损失，KJ；Q3—散热等其他原因造成的热量损失，KJ；
在燃烧器工作过程中，如果能合理调节过量空气系数，保证最佳的风油比，就会使燃料油充分燃烧。Q3与空气的平均温度和筒壁的平均温度有关，现场测试表明，Q3在一定的测试环境下基本保持恒定，故在图1中没有显示。燃烧器热效率及各部分能量损失与过量空气系数的关系如图1所示，过量空气系数过低时会使燃料不完全燃烧，导致燃烧不充分产生大量的CO，增加了有害气体的排放，同时造成能源浪费；过高的废气温度会带走大量的热能，造成沥青搅拌站加热系统热效率降低。因此，合理地调节燃烧器配风量，使过量空气系数达到最佳，燃烧器在最佳燃烧效率区域内工作，对实现热拌沥青混合料生产节能减排有十分重要的意义。
参见图2和图3，本发明的一种沥青混合料搅拌设备烘干筒燃烧器风油比的确定方法，包括以下具体步骤：
(1)便携式烟气分析仪的标定：
仪器原理：烟气分析仪是对燃烧器和工业炉窑烟道中烟气抽气采样并进行自动分析的仪器，其工作原理是通过抽气泵对燃烧烟气进行采样，经采样管输送至测量传感器的气室，测量分析后产生的电信号通过模拟放大并转换成检测气体的浓度。烟气分析仪具体为便携式Ecom-CN烟气分析仪，该烟气分析仪由抽气泵、采样探针、导气管、过滤器、环境温度传感器及内置抽气泵的气体分析主机等几部分构成。烟气分析仪的探头上装有过滤器，能够保证采样的顺利进行，防止探头堵塞。
对于便携式烟气分析仪，CO2含量，燃烧效率，排烟热损失，过量空气系数是计算值，只有根据基础参数O2和温度的实际值才能计算以上参数。沥青搅拌设备燃料为矿物燃料，通过测量传感器测试出O2、CO含量，并进行分析计算即可得出CO2含量、过量空气系数λ及燃烧器的热效率E，计算公式如式(2)、式(3)和式(4)：
式中：Φ(CO2)—烟气中CO2含量，％；Φ(CO2)max—燃料完全燃烧时烟气中CO2含量(由燃料类型确定)，％；Φ(O2)—烟气中O2含量，％；Φ(O2)max—空气中氧气含量；Tgas—烟气温度，℃；Tair—环境温度，℃；A—燃料燃烧效率系数(由燃料类型确定)；B—校正系数。
试验进行前，将仪器线路连接好后，启动烟气分析仪电源，在基础模块区中选择烟气分析，烟气分析仪便开始为期1分钟的自动校准，待仪器屏幕上O2含量显示为21％时且稳定后，烟气分析仪标定完成，且每次数据采集前都要进行标定，以保证测量值准确。
(2)参数设定：在烟气分析仪上选择需要测定的燃料类型，并输入当前的大气压力。
(3)采样方法：由于与沥青搅拌设备烘干筒相连的烟道中粉尘含量较多，为了避免粉尘堵塞采样管路，采样位置应设置在烟气经过布袋除尘器后的烟道上，选取距离引风机出口2倍以上烟筒直径的位置。如图3所示，燃烧器1的一侧设置与燃烧器1相连通的烘干筒2，烘干筒2的出口经烟道布袋除尘器4连接有引风机5，引风机5出口的排气烟道上开设有取样孔6，且取样孔6到引风机出口的距离大于2倍烟筒直径。烘干筒2还连接有冷料仓3。
在烟道上钻一个直径2cm的采样孔，采样时将装有过滤器的探头通过采样孔6伸入烟道内进行抽气采样。注意：应先确认探管处于烟道的中心点(探管顶端处于烟气最高温度区域)，然后再开始测量。烟气仪带有烟气温度中心点搜索功能。仪器显示“+”的时候，测量的温度在上升，表明探管向着温度中心点移动。如果显示“-”的时候，表明探管正在远离温度中心点，温度在下降。如果烟气温度稳定超过3秒钟，指示符号会消失。
(4)数据采集与记录：调节风油比，在燃烧器稳定工作5min～10min后进行数据采集，记录烟气分析仪的测量值和计算值。
风油比调节方法：固定沥青搅拌设备燃烧器供油量，通过机械式或变频控制技术改变燃烧器配风量，得出不同的风油比的燃烧条件。每次相同风油比条件下进行3次以上的数据采集，为减小测量误差，测量结果取3次采样测试数值的平均值。
(5)试验结果分析：
1)按狄克逊准则剔除异常的数据，将每组测得的数据按大小顺序排列，分别是x1≤x2≤x3，则可能为异常值的数据必然出现在两端，即x1或x3。查表得出临界值D(1-α)n，当则x1为异常值，舍弃；当则x3为异常值，舍弃。然后将每组所得的有效数据分别求平均值。
2)根据试验测得数据，以过量空气系数为自变量，以热效率E(百分比)为因变量，利用excel软件拟合出两者之间的关系曲线图，由此确定燃烧器热效率最高时的过量空气系数，得到最佳风油比，据此指导操作人员调节设备参数，指导设备合理运行。
下面通过一个实例对本发明进行详细说明：
通过对某拉杆式燃烧器检测结果，验证本发明的有益效果。
1)对烟气分析仪进行标定。
2)参数设定：在仪器上选择需要测定的燃料类型为重油，并输入当前的大气压力为665mm汞柱。
3)在烟气经过布袋除尘器的烟道上，选取距离引风机出口大于排气烟道直径的2倍的位置，并钻一个直径2cm的采样孔进行数据采样，采样时将装有过滤器的探头伸入烟道内。
4)该燃烧器供风量通过预置风门拉杆的安装位置进行调节，测试时将油门开度固定为20％，改变风门拉杆位置并以5％的差值调节指针位置，固定引风机风门开度为33％，进行烟气采样测试，记录每次调节后仪器的监测值，本次试验结果选取了风门预置开度为5％、10％、15％、20％、25％的试验监测数据，见表1。
表1实验数据
5)按狄克逊准则剔除异常的数据，然后将每组所得的有效数据分别求平均值，见表2。利用excel软件拟合出过量空气系数和热效率的关系曲线图，如图4所示。
表2某拉杆式燃烧器测试结果
6)对沥青搅拌设备烘干筒燃烧器的试验结果进行分析可得出以下结论：
对于沥青混合料搅拌设备，采用烟气分析方法能够定量分析风油比与燃烧效率的关系，由图4可以确定热效率最大时对应的最佳过量空气系数为3.5左右，且此时烟气中CO含量小，热损失小，热效率高，燃烧较完全，据此可以调整设备的工作参数为引风机风门开度33％、油门开度20％，风门预置开度为10％，保证燃烧器高效工作。因此，通过烟气分析方法能够定量分析风油比与燃烧效率的关系，据此指导操作人员，使沥青混合料搅拌设备燃烧系统以最佳状态工作，减少能源的浪费及环境污染，节约生产成本。
Claims (3)
1.一种沥青混合料搅拌设备烘干筒燃烧器风油比的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在烘干筒燃烧器的排气烟道上，开设一个取样孔，然后将烟气分析仪的探头穿过取样孔，伸入烟道内进行抽气采样，同时通过调节燃烧器风油比，得到不同风油比条件下过量空气系数λ及热效率E；
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式中：Φ(CO2)—烟气中CO2含量，％；Tgas—烟气温度，℃；Tair—环境温度，℃；A—燃料燃烧效率系数，B—校正系数；
2)以过量空气系数为自变量，以热效率为因变量，拟合出两者之间的关系曲线图，并由关系曲线图确定最佳风油比；
所述烘干筒的排气烟道上设置有布袋除尘器和引风机，取样孔开设在引风机出口的排气烟道上，且到引风机出口的距离大于排气烟道直径的2倍；
将步骤1)得到的不同风油比条件下的热效率，按狄克逊准则剔除异常的数据，得到有效数据。
2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料搅拌设备烘干筒燃烧器风油比的确定方法，其特征在于，进行步骤1)前，先将烟气分析仪进行标定。
3.根据权利要求1所述的一种沥青混合料搅拌设备烘干筒燃烧器风油比的确定方法，其特征在于，进行步骤1)前，在烟气分析仪上选择需要测定的燃料类型，并输入当前的大气压力。
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