CN109653067B - 一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器，包括壳体，在壳体的内部设置有燃烧室，所述燃烧室的顶端设置有进风口和低氧燃烧器，燃烧室的底端设置有出风口，在壳体的底部设置有出风箱，出风口与出风箱连通，在壳体的内部设置有隔板，所述隔板将壳体分隔出回风收集区和回风通道，在回风收集区的顶部设置有风机，回风收集区通过风机与回风通道的一端连通，回风通道的另一端与燃烧室的进风口连通，在出风箱的底部间隔布设有多个狭缝喷嘴，所述狭缝喷嘴的总面积小于回风收集区的面积。本发明加热装置采用的热风循环加热工作原理，由高温风机将完成加热工作的废气收集重新加热，从而达到节能减排的效果，效果显著。

Description

一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器及加热方法

技术领域

本发明涉及一种用于沥青路面就地热再生的设备，具体地说是涉及一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器以及加热方法。

背景技术

沥青路面就地热再生，即用就地热再生机组将旧沥青路面加热、翻松、添加再生剂、新沥青混合料、然后重新搅拌后摊铺、压实成型的路面维修工艺。在沥青路面就地热再生的过程中，需先采用加热板对地面进行加热，然后采用耙松器耙松地面，同时耙松器经过后直接形成中间料笼。现有加热板对地面的加热效果不好，而且加热后的热风不能有效利用，浪费能源，污染环境，同时加热过程中沥青路面的老化氧化情况比较严重。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器及加热方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器，包括壳体，在壳体的内部设置有燃烧室，所述燃烧室的顶端设置有进风口和低氧燃烧器，燃烧室的底端设置有出风口，在壳体的底部设置有出风箱，出风口与出风箱连通，在壳体的内部设置有隔板，所述隔板将壳体分隔出回风收集区和回风通道，在回风收集区的顶部设置有风机，回风收集区通过风机与回风通道的一端连通，回风通道的另一端与燃烧室的进风口连通；风机将空气送入燃烧室，经过低氧燃烧器加热到550℃后，进入出风箱，通过出风箱上的狭缝喷嘴高速吹到地面进行加热，与地面换热后的热风经回风收集区收集后，再经风机输送至低氧燃烧器；在壳体的顶部设置有排气筒，所述回风通道通过一分支通道与排气筒连通，在排气筒的内部设置有排气量调节翻板，排气量调节翻板与转动旋钮连接，通过调节排气筒上设置的转动旋钮可根据工况调整排气量多少；所述低氧燃烧器包括灶头和引射通道，引射通道呈放射型，其一端固定在灶头上，在灶头上设置有喷嘴，在引射通道的侧壁上设置有直径不等的圆孔；在出风箱的底部间隔布设有多个狭缝喷嘴，所述狭缝喷嘴的总面积小于回风收集区的面积。

优选的，所述出风箱包括风箱主体和位于风箱主体两侧的拼接风箱，在风箱主体的底面设置有4个狭缝喷嘴，在拼接风箱的底面设置有10个狭缝喷嘴。

优选的，所述回风收集区包括靠近风机一侧吸风口和靠近燃烧室出风一侧吸风口，其中靠近风机一侧吸风口的宽度为20mm，靠近燃烧室出风一侧吸风口宽度为35mm。

优选的，控制燃烧室进风口的风量和出风箱狭缝喷嘴出风量比例为1.3∶1。

优选的，所述风箱主体和拼接风箱之间采用扣件连接，所述扣件包括插接座和与其相配合的插件，插接座由基座和连接在基座上的柱形体组成，基座和柱形体为一体式连接，在柱形体上沿其长度方向设置有条形孔，所述插件呈片状，在插件的端头设置有阻挡部，插件插入条形孔中。

优选的，所述隔板为保温棉挡板。

优选的，所述风机通过法兰固定，在法兰的下方设置有石棉橡胶板，在风机的保温部位设置有断桥隔热孔。

一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热方法，包括以下步骤：

(1)风机将与地面对流加热后的热风和一部分新鲜空气混合吸入然后吹进燃烧室，这时有一部分热风通过排气筒排到大气中；

(2)进入燃烧室的热风经过低氧燃烧器加热后进入出风箱，通过狭缝喷嘴，热风以20m/s的速度冲向地面，与地面接触时完成热交换；

(3)经过热交换失去动能的热风被风机吸回再次参与燃烧，因有一部分热风被排气筒排到大气中，出风箱处加热区域的出风量比回风量少，因此加热区域是负压状态，保证加热区域产生的沥青烟不会溢出，同时又有新鲜空气补入，保证低氧燃烧器工作所需要的必要氧气。

优选的，通过调节排气筒上设置的转动旋钮可根据工况调整排气量多少，在保证加热区域负压不溢出沥青烟的条件下尽量减少排气量，达到节能减排的效果。

优选的，所述热风经低氧燃烧器加热到550℃后，进入出风箱，并通过出风箱底面的狭缝喷嘴喷出。

本发明的有益技术效果是：

(1)加热装置采用的热风循环加热工作原理，由高温风机将完成加热工作的废气收集重新加热，从而达到节能减排的效果，因回收的废气烟气含量低于正常值，普通的燃烧器不能满足使用，因此热风加热选用的是低氧燃烧器，可以在氧气含量16％时燃烧，效果显著。

(2)热风对沥青路面的加热采用的是射流冲击传热原理，风机将空气送入燃烧室，经过燃烧器加热到550℃后，进入加热板，通过加热板上的狭缝喷嘴高速吹到地面进行加热，由于热风直接冲击地面，流程短且被冲击地面上的流动边界层薄，在冲击区域换热系数高，换热效果好，同时热风温度不高，且经过燃烧后氧气含量偏低，因此沥青的老化氧化等情况都明显减轻。

(3)加热板上设有多个狭缝喷嘴，经过前一个喷嘴加热的地面会把热量向下传导，下层的温度升高同时表层的温度降低，这样加大了热风和表层的温差，有利于提高下个风嘴的加热效果，提高热量使用效率。

(4)经过热交换失去动能的热风被风机吸回再次参与燃烧，因有一部分热风被排气筒排到大气中，加热区域的出风量比回风量少，因此加热区域是负压状态，保证加热区域产生的沥青烟不会溢出，同时又有新鲜空气补入，保证燃烧器工作所需要的必要氧气，排气筒上设有调节阀门可根据工况调整排气量多少，在保证加热区域负压不溢出沥青烟的条件下尽量减少排气量，达到节能减排的效果。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明的外部结构示意图；

图3主要示出出风箱喷出的热风对地面的射流冲击传热示意图；

图4为本发明中排气筒的结构原理示意图；

图5为本发明中低氧燃烧器的结构示意图；

图6为本发明中扣件的结构示意图；

图7为本发明中风机法兰部位的结构示意图。

具体实施方式

结合附图，一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器，包括壳体1，在壳体的内部设置有燃烧室2，所述燃烧室的顶端设置有进风口3和低氧燃烧器4，燃烧室2的底端设置有出风口。在壳体1的底部设置有出风箱5，出风口与出风箱5连通。在壳体1的内部设置有隔板6，所述隔板6将壳体分隔出回风收集区7和回风通道8，在回风收集区7的顶部设置有风机9，回风收集区7通过风机9与回风通道8的一端连通，回风通道8的另一端与燃烧室2的进风口连通。风机9将空气送入燃烧室2，经过低氧燃烧器4加热到550℃后，进入出风箱5，通过出风箱5上的狭缝喷嘴501高速吹到地面进行加热，与地面换热后的热风经回风收集区7收集后，再经风机9输送至低氧燃烧器4。在壳体1的顶部设置有排气筒10，所述回风通道8通过一分支通道与排气筒10连通，在排气筒10的内部设置有排气量调节翻板11，排气量调节翻板11与转动旋钮12连接，通过调节排气筒上设置的转动旋钮可根据工况调整排气量多少。所述低氧燃烧器4包括灶头401和引射通道402，引射通道402呈放射型，其一端固定在灶头401上，在灶头401上设置有喷嘴404，在引射通道的侧壁上设置有直径不等的圆孔403。在出风箱5的底部间隔布设有多个狭缝喷嘴501，所述狭缝喷嘴501的总面积小于回风收集区的面积，确保加热区域处于负压状态。

加热装置采用的热风循环加热工作原理，由高温风机将完成加热工作的废气收集重新加热，从而达到节能减排的效果，因回收的废气烟气含量低于正常值，普通的燃烧器不能满足使用，因此热风加热选用的是低氧燃烧器，可以在氧气含量16％时燃烧，其工作特点是：

①低氧燃烧常用扩散燃烧方式，大量的燃料分子扩散到炉膛内较大空间，与助燃空气中的氧气充分混合接触后发生燃烧，火焰体积显著增大；

②火焰热场温度分布均匀，燃烧炉内平均温度升高，火焰中峰值温度降低，加热能力调高；

③燃烧过程充分，不存在传统燃烧的局部高温高氧区，燃烧过程中NO_X的生成量极少，燃料消耗量低，同时烟气中CO、CO₂和碳氢化合物等气体含量降低，污染物排放量较少。环保节能效果显著。

④低燃烧噪音。燃烧噪音与燃烧速率的平方及燃烧强度成正比，由于燃料与氧气发生燃烧的区域扩大，形成与传统燃烧完全不同的热学条件，化学反应速度降低，因而燃烧产生的噪音降低。

热风对沥青路面的加热采用的是射流冲击传热原理。其工作过程如下：风机将空气送入燃烧室，经过燃烧器加热到550℃后，进入出风箱，通过出风箱底部的狭缝喷嘴高速吹到地面进行加热，由于热风直接冲击地面，流程短且被冲击地面上的流动边界层薄，在冲击区域换热系数高，换热效果好。同时热风温度不高，且经过燃烧后氧气含量偏低，因此沥青的老化氧化等情况都明显减轻。

出风箱上设有多个狭缝喷嘴，经过前一个喷嘴加热的地面会把热量向下传导，下层的温度升高同时表层的温度降低，这样加大了热风和表层的温差，有利于提高下个风嘴的加热效果，提高热量使用效率。

加热器的热风循环过程如下：

①风机将加热区域的热风和一部分新鲜空气混合吸入然后吹进燃烧炉，这时有一部分热风通过排气筒排到大气中，通过排气筒排入大气的热风是没有可见烟的。

②进入燃烧室的热风经过低氧燃烧器加热后进入出风箱，通过狭缝喷嘴吹向地面，热风以20m/s的速度冲向地面，与地面接触时完成热交换。

③经过热交换失去动能的热风被风机吸回再次参与燃烧，因有一部分热风被排气筒排到大气中，加热区域的出风量比回风量少，因此加热区域是负压状态，保证加热区域产生的沥青烟不会溢出，同时又有新鲜空气补入，保证燃烧器工作所需要的必要氧气，排气筒上设有调节阀门可根据工况调整排气量多少，在保证加热区域负压不溢出沥青烟的条件下尽量减少排气量，达到节能减排的效果。

作为对本发明的进一步设计，所述出风箱5包括风箱主体502和位于风箱主体502两侧的拼接风箱503，在风箱主体502的底面设置有4个狭缝喷嘴，在拼接风箱503的底面设置有10个狭缝喷嘴。发明人试验中发现试验路段存在加热不均匀现象，具体数值如下：

中间路表温度200℃，中层温度55℃；两侧路表温度160℃，中层温度45℃；经研究决定将中间风箱上的8个风嘴用钢板堵上4个后重新试验，数据如下：中间路表温度180℃，中层温度55℃，两侧路面温度175℃，中层温度51℃。

根据这次试验结果，本发明对加热器和整理器的加热装置出风口进行了重新布置，具体方案如下：加热器上加热装置风箱主体上设置4个出风口，拼接风箱上设有10个出风口，强化两侧路面的加热能力，保证施工路面加热的均匀性。整理器主机加热装置风箱主体(配风箱)上设有1个出风口，拼接风箱上设有10个出风口，加强料垄两侧地面的加热能力。整理器辅机加热装置配风箱上设有10个出风口，拼接风箱上设有2个出风口，加强两侧料垄中间地面的加热能力。综合考虑产品标准化系列化的要求，上述三种加热装置拼接风箱全部通用，即3种的风箱主体配合1组拼接风箱排列组合成3种加热装置。

更进一步的，所述回风收集区7包括靠近风机一侧吸风口701和靠近燃烧室出风一侧吸风口702，其中靠近风机一侧吸风口701的宽度为20mm，靠近燃烧室出风一侧吸风口702的宽度为35mm。

试验中发现有部分加热区域没有实现负压(约占加热板的1/3)，工作过程中有沥青烟溢出，这个区域出现在燃烧室出口一侧，经现场实际检测此处出风口的风速达到20m/s，超过其他区域15m/s的风速，出风量要比其他区域大，加热能力强，加热装置回风口设计时是均匀布置的，因此在燃烧室出口一侧回风量不足，没有形成负压，导致沥青烟外溢。经研究发明人在现场调整吸风口尺寸，增加冒烟区域回风量从而实现此区域的负压。改制试验效果也是比较理想的，此区域实现负压，没有沥青烟冒出。

进一步的，控制燃烧室进风口的风量和出风箱狭缝喷嘴出风量比例为1.3∶1。在调试燃烧器时发现火焰检测信号不理想，大约在13左右，理想值应为25；燃烧器前后压差为400Pa，没有达到理论压差500Pa；炉膛内温度850℃高于设计值750℃，造成这些现象的原因是进入燃烧室的空气量偏少，经研究决定采用减少配风箱入口尺寸的方式来加大燃烧器压差，按此更改后燃烧器火焰检测信号稳定在25，但炉膛温度还是高于设计值，设计时进入燃烧室和配风箱的风量比例是1:1，根据以上试验数据将进风比例调整到1.3:1是比较合理的。

更进一步的，所述风箱主体502和拼接风箱503之间采用扣件13连接，所述扣件13包括插接座1301和与其相配合的插件1302，插接座由基座和连接在基座上的柱形体组成，基座和柱形体为一体式连接，在柱形体上沿其长度方向设置有条形孔，所述插件呈片状，在插件的端头设置有阻挡部，插件插入条形孔中。相比于耐高温螺栓，本发明应用扣件进行连接，可有效避免螺栓容易出现的“咬扣”现象，进而导致螺栓不能拆卸情况的发生，具有易于实现快速拆卸的优点。

进一步的，所述隔板6为保温棉挡板。所述风机9通过法兰固定，在法兰的下方设置有石棉橡胶板14，在风机的保温部位设置有断桥隔热孔15。燃烧器安装板和风机保温部法兰工作时温度偏高，超过100℃，现场检查燃烧室保温部分有漏焊，导致燃烧室安装板后有热风流动，现已经将此处重新焊接。

现有燃烧器安装板同风机机壳焊接在一起，与燃烧炉外壳组成密闭空间，这就存在1个热桥，会将风机机壳的热量传导到燃烧器安装板上，为隔绝这部分热量，可以将燃烧器安装板和风机隔离，由后面的保温棉挡板和风机焊接组成密闭空间，这样燃烧器安装板少了一个热源，温度会更低。

风机法兰温度高同上通风机联系，风机法兰下保温层的主要作用是给传动轴隔热，只要传动轴的温度低于75℃(试验实测传动轴工作温度约50-60℃)，就符合设计要求，法兰温度超过100℃不影响风机性能，法兰材质也能够承受这个温度。因空间有限，需要将柴油泵等燃烧器附件安装到风机法兰上，因此风机法兰温度不能过高，经研究决定对风机法兰进行断桥隔热处理，即在风机法兰下增加石棉橡胶板14，风机保温部上钻孔(断桥隔热孔15)，隔绝热桥，减少热量传导。

另外，本发明还有如下方面的改进：

加热装置左右各4组拼接风箱，风箱之间设有挡风板(共6个)，风箱和挡风板之间共12个接缝，既不美观也增加了漏风点，不利于加热区域的负压度。再就是拼接风箱的法兰和连接螺栓全部外露看起来也不美观，因此将风箱之间的条状挡风板改为整体覆盖式的挡风板，可以将接缝数量减少为6个，并将法兰螺栓等遮挡美化外观。

在设计加热装置时因担心配风箱与拼接风箱处的强度问题，在每个配风箱上设计了2个拉杆以减小配风箱侧面的受力，在装配及试验过程中发现配风箱的侧板强度足够支撑拼接风箱，而且拉杆在风箱受热变形后对加热板产生的不是拉力而是推力，因此拉杆可以取消。

拼接风箱现做的是内保温：最下层出风区，中层回风区，上层保温区，三者的温差较大，这样工作时三层的膨胀量不一致，导致整体变形量较大。以后需做成独立保温层，减少风箱变形量。

加热装置上的测温热电偶相对于出风箱倾斜布置，可节省空间，方便拆卸。

风机固定支架采用整体圆弧式，这样支架与风机接触区域加大，有利于风机的稳定。

在生产过程中发现配风箱中隔板的刚性不足，为避免工作时产生振动，在中隔板上增加了2个角钢横梁，增加强度。

一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热方法，包括以下步骤：

(1)风机将与地面对流加热后的热风和一部分新鲜空气混合吸入然后吹进燃烧室，这时有一部分热风通过排气筒排到大气中；

(2)进入燃烧室的热风经过低氧燃烧器加热后进入出风箱，通过狭缝喷嘴，热风以20m/s的速度冲向地面，与地面接触时完成热交换；

(3)经过热交换失去动能的热风被风机吸回再次参与燃烧，因有一部分热风被排气筒排到大气中，出风箱处加热区域的出风量比回风量少，因此加热区域是负压状态，保证加热区域产生的沥青烟不会溢出，同时又有新鲜空气补入，保证低氧燃烧器工作所需要的必要氧气。

上述步骤中，通过调节排气筒上设置的转动旋钮可根据工况调整排气量多少，在保证加热区域负压不溢出沥青烟的条件下尽量减少排气量，达到节能减排的效果。

上述步骤中，所述热风经低氧燃烧器加热到550℃后，进入出风箱，并通过出风箱底面的狭缝喷嘴喷出。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器，其特征在于：包括壳体，在壳体的内部设置有燃烧室，所述燃烧室的顶端设置有进风口和低氧燃烧器，燃烧室的底端设置有出风口，在壳体的底部设置有出风箱，出风口与出风箱连通，在壳体的内部设置有隔板，所述隔板将壳体分隔出回风收集区和回风通道，在回风收集区的顶部设置有风机，回风收集区通过风机与回风通道的一端连通，回风通道的另一端与燃烧室的进风口连通；风机将空气送入燃烧室，经过低氧燃烧器加热到550℃后，进入出风箱，通过出风箱上的狭缝喷嘴高速吹到地面进行加热，与地面换热后的热风经回风收集区收集后，再经风机输送至低氧燃烧器；在壳体的顶部设置有排气筒，所述回风通道通过一分支通道与排气筒连通，在排气筒的内部设置有排气量调节翻板，排气量调节翻板与转动旋钮连接，通过调节排气筒上设置的转动旋钮可根据工况调整排气量多少；所述低氧燃烧器包括灶头和引射通道，引射通道呈放射型，其一端固定在灶头上，在灶头上设置有喷嘴，在引射通道的侧壁上设置有直径不等的圆孔；在出风箱的底部间隔布设有多个狭缝喷嘴，所述狭缝喷嘴的总面积小于回风收集区的面积。

2.根据权利要求1所述的一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器，其特征在于：所述出风箱包括风箱主体和位于风箱主体两侧的拼接风箱，在风箱主体的底面设置有4个狭缝喷嘴，在拼接风箱的底面设置有10个狭缝喷嘴。

3.根据权利要求1所述的一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器，其特征在于：所述回风收集区包括靠近风机一侧吸风口和靠近燃烧室出风一侧吸风口，其中靠近风机一侧吸风口的宽度为20mm，靠近燃烧室出风一侧吸风口宽度为35mm。

4.根据权利要求1所述的一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器，其特征在于：控制燃烧室进风口的风量和出风箱狭缝喷嘴出风量比例为1.3∶1。

5.根据权利要求2所述的一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器，其特征在于：所述风箱主体和拼接风箱之间采用扣件连接，所述扣件包括插接座和与其相配合的插件，插接座由基座和连接在基座上的柱形体组成，基座和柱形体为一体式连接，在柱形体上沿其长度方向设置有条形孔，所述插件呈片状，在插件的端头设置有阻挡部，插件插入条形孔中。

6.根据权利要求1所述的一种以空气为载体的低氧循环路面再生加热器，其特征在于：所述隔板为保温棉挡板。

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