瀝青路面加熱設(shè)備設(shè)計探討

1、瀝青路面加熱設(shè)備設(shè)計探討張仲凌 摘要：本文探討了瀝青路面熱再生所使用的加熱設(shè)備設(shè)計中的一些問題，包括加熱方式、加熱負(fù)荷、發(fā)熱元件、供風(fēng)方式、控制方式等。關(guān)鍵詞：瀝青、熱再生、加熱、設(shè)計 一背景      我國公路總里程已經(jīng)接近200萬公里，其中高速公路也已達到3萬多公里。在這些公路中，瀝青路面占絕大多數(shù)，鋪裝和維護這些路面需要耗費大量的瀝青，而瀝青是石油產(chǎn)品，石油又是不可再生資源，因此，在越來越注重資源和環(huán)境的今天，研究瀝青的再生也就再順理成章不過了。      瀝青路面的現(xiàn)

2、場熱再生是瀝青再生技術(shù)之一，也是比較熱門的話題之一。目前國內(nèi)在用的現(xiàn)場熱再生設(shè)備，主要有再生列車、熱墻式綜合養(yǎng)護車和加熱板。再生列車是連續(xù)工作的熱再生機組，加熱、銑刨、混合、攤鋪、壓實一條龍作業(yè)，運行速度1-2m/min，主要用于路面的整體翻修，由于其價格昂貴，操作復(fù)雜，國內(nèi)只有5套；熱墻式綜合養(yǎng)護車和加熱板用于路面修補，斷續(xù)工作，前者帶汽車底盤，后者是便攜式或拖掛式。這些設(shè)備均以進口為主，不僅價格昂貴，而且加熱效果和運行成本也不見得理想，因此，研發(fā)一種適合國情的瀝青路面加熱設(shè)備，是國內(nèi)科技工作者義不容辭的責(zé)任。 二加熱方式     

3、 按照傳熱方式來分，有輻射、對流和傳導(dǎo)三種方式，對流只能將熱量從熱源交換到瀝青表面，深層瀝青的加熱必須靠傳導(dǎo)或輻射。由于瀝青混凝土是一種熱的不良導(dǎo)體，熱傳導(dǎo)速度很慢，依靠傳導(dǎo)無法滿足其快速加熱的需要，因此，對于瀝青路面的現(xiàn)場熱再生，必然以輻射為主，其它加熱方式為輔。輻射是利用電磁波引起被加熱物質(zhì)分子振動的一種加熱方式，電磁波可以穿透一定深度的物質(zhì)使其深層發(fā)熱，波長越長，穿透力越好，反之，波長越短，穿透力越弱。紅外線和微波都是電磁波，都可用于加熱瀝青路面，除此之外的電磁波，要么加熱速度不夠，要么穿透力不夠，不適合加熱瀝青路面。      

4、; 紅外線的波長范圍是0.761000m，但按照瀝青混凝土的特性，適于使用的波段是2-5m，此時瀝青混凝土對紅外線的吸收率超過了90。紅外線對瀝青混凝土的穿透深度為5-6cm，超過這個深度，利用紅外線加熱就比較困難。由于現(xiàn)場熱再生一般都是修補表層病害，利用紅外線來加熱是可以滿足要求的。       微波的波長是1-1000mm，主要用于通訊，國際上規(guī)定只有915MHz和2450MHz的微波可以用于加熱，對應(yīng)的波長是327mm和122mm。我國目前所出現(xiàn)的瀝青混凝土加熱設(shè)備采用2450MHz的微波，根據(jù)試驗情況來看，它可以穿透瀝青混凝土

5、的深度為10-20cm，加熱深度難以控制，而對于現(xiàn)場熱再生來說，是否需要加熱這么深的深度，以及加熱深了，會對基層有什么影響，還有待商榷和實際驗證。同時，由于安全問題（微波泄漏），微波不適于連續(xù)作業(yè)的再生列車。       按照能量的來源分，有燃料燃燒加熱和電加熱兩種方式，目前主要是燃料燃燒加熱，電加熱中主要是微波加熱。對于燃氣紅外線加熱，紅外線的輻射效率通常在40-60%，和材料及結(jié)構(gòu)有關(guān)；對于微波加熱，由于必須先將燃油轉(zhuǎn)換為電，此轉(zhuǎn)換效率非常低（對柴油或汽油發(fā)電機組，通常在20左右，大型火力發(fā)電機組的效率也只有3540），因此，它的

6、運行成本必然會比較高。       液體燃料不適用于紅外加熱，只能依靠火焰的熱輻射或燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈦砑訜嵛矬w。液體燃燒時火焰溫度較高，主要輻射波長小于2m的紅外線和可見光，波長較短，對物體的穿透力弱，直接加熱的效果不好，但利用其煙氣對瀝青進行加熱（對流和傳導(dǎo)），也是加熱的方式之一，不過加熱速度較慢，而且體積龐大，系統(tǒng)復(fù)雜，但如果控制得好，熱效率應(yīng)該會不錯。       氣體燃料燃燒時的溫度也較高，其火焰是透明的，基本不輻射熱量，但在適當(dāng)?shù)臈l件下，它可以加熱其它物質(zhì)并使其發(fā)

7、出紅外線，這就是燃氣紅外線加熱的機理。其中，發(fā)熱元件是最主要的部件，一個紅外線加熱系統(tǒng)的紅外線輻射效率，主要取決于其發(fā)熱元件，其次取決于加熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。      通過以上比較可見，利用氣體燃燒產(chǎn)生紅外線來加熱瀝青路面是目前比較好的一種加熱方式。 三發(fā)熱元件的選擇      目前所使用的發(fā)熱元件，以陶瓷材料為主，又分為陶瓷板和陶瓷纖維兩種。       利用陶瓷板做加熱元件，優(yōu)點是輻射效率較高，耐腐蝕，價格低廉，缺點是陶瓷板

8、的熱應(yīng)力大，而且質(zhì)脆，容易損壞，維修工作量和維修費用高，同時怕水，熱惰性也較大。       用陶瓷纖維（或叫金屬氧化物纖維）做加熱元件，克服了陶瓷板熱應(yīng)力大和熱惰性大的缺點，但其強度不夠，而且更怕水。我們接觸過使用陶瓷纖維的某品牌加熱板，由于保管條件不好引起雨水流入，陶瓷纖維氈吸收了數(shù)倍于自身重量的水份而下墜破裂。       目前有一種新型的材料，叫金屬纖維燒結(jié)氈，乃是將直徑40-50m的耐熱金屬纖維鋪疊均勻后在真空條件下燒結(jié)成立體多孔的網(wǎng)狀物。由于其優(yōu)異的性能，歐美等發(fā)

9、達國家已在越來越多的場合用其做燃燒器的燃燒介質(zhì)和發(fā)熱元件。具體說來，它有如下優(yōu)點：使用溫度高（極限使用溫度1250，實際使用溫度多在700-800）、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大（70-20000kw/m2）、輻射效率高、形狀及大小可靈活設(shè)計、無熱膨脹問題、重量輕（1200g/m2）、強度高（15 N/mm2）、使用壽命長（20000h），熱慣性小（在5s內(nèi)其溫度可由工作狀態(tài)的700-800下降到常溫），并且不怕水，阻力也?。?-30pa），缺點是不能用于腐蝕性的環(huán)境中，并且價格昂貴。因此，具體選用什么材料作為燃燒介質(zhì)和發(fā)熱元件，各廠家可以根據(jù)自己的產(chǎn)品定位來具體確定。 四加熱負(fù)荷 &#

10、160;    對于瀝青路面加熱，有幾個基本的要求，一是要快速，二是要均勻，三是不能引起瀝青氧化和燃燒。如果熱負(fù)荷太小，加熱速度不夠，并且燃燒難以穩(wěn)定；如果熱負(fù)荷太大，則輻射的紅外線波長變短，穿透力不夠，以致短時間內(nèi)大量的熱集中在表層，從而容易引起瀝青氧化甚至著火，加熱效率反而降低。根據(jù)我們的試驗研究，對于熱修補，這個值以60-100kw/m2為佳，而對于連續(xù)運行的再生列車，其加熱負(fù)荷應(yīng)該根據(jù)加熱車的工作速度來確定，如果速度快，400-500kw/m2的負(fù)荷也是可以的。       值得注意的是，國內(nèi)曾經(jīng)

11、有廠家提出一個熱墻式綜合養(yǎng)護車的標(biāo)準(zhǔn)，其基本參數(shù)為：磚式加熱墻的加熱面積不小于0.27m2/t，加熱負(fù)荷不小于48×103kcal/h.t。如果按照這個要求，對于底盤為15T的綜合養(yǎng)護車，其加熱面積應(yīng)該不小于4.05m2，加熱負(fù)荷不小于836kw，折算面積負(fù)荷，則為206kw/m2，這不僅容易造成路面燒焦，而且能耗也高，運行成本居高不下。他們提出加熱負(fù)荷不小于48×103kcal/h.t的初衷，恐怕是為了提高加熱速度，然而，受這種加熱方式和紅外線特性的決定，不僅加熱速度沒有提高，反而帶來了其它問題。 以下是國內(nèi)某知名品牌的熱墻式綜合養(yǎng)護車的基本參數(shù)： 名

12、稱參數(shù)汽車底盤（T）16加熱墻外形尺寸（mm）2340×1730燃燒面形式磚墻式加熱負(fù)荷（kw）813面積負(fù)荷（kw/m2）200液化氣消耗（kg/h）61加熱時間（min）10軟化深度（cm）5-6鼓風(fēng)機功率（kw）15 由以上參數(shù)可以看出，盡管加熱負(fù)荷較大，加熱效率并沒有提高，而且，其風(fēng)機功率巨大，能耗極高。 五供風(fēng)方式      燃料燃燒需要空氣，理論上1m3液化氣完全燃燒約需要28m3空氣，由于燃氣和空氣的混合存在不均勻性，因此實際需要的空氣量要大5-30。    &

13、#160;  供風(fēng)方式主要有兩種，一種是使用鼓風(fēng)機，一種是利用燃氣引射空氣。使用風(fēng)機的優(yōu)點是燃氣和空氣混合好，燃燒穩(wěn)定，受氣候的影響小，抗風(fēng)能力強，缺點是需要消耗能量；利用燃氣引射空氣不需要外加能量，缺點是容易受到干擾，氣候（主要是風(fēng)力）、燃氣壓力的變化、材料等都對其有很大的影響，而且，需要的燃氣壓力較大，多為0.1-0.2MPa，部分廠家所生產(chǎn)設(shè)備的燃氣壓力甚至達到0.5MPa。從目前國內(nèi)使用的瀝青路面加熱設(shè)備來看，熱墻式綜合養(yǎng)護車都使用鼓風(fēng)機，小型的加熱板則兩種都有。       我們建議，在多風(fēng)地區(qū)和高速公路上（當(dāng)車輛

14、高速通過時帶動的風(fēng)可達四五級），最好使用鼓風(fēng)機供風(fēng)，至于其它地區(qū)，則可以自由選擇了。 六控制方式      對于燃氣燃燒系統(tǒng)，首先必要的控制系統(tǒng)應(yīng)該有自動點火、火焰監(jiān)測、熄火保護、安全報警等功能。目前市場上的路面加熱設(shè)備在這方面都做得不是太好，多數(shù)只有簡單的點火功能，普遍沒有熄火保護和安全報警功能，有的甚至連電子點火功能都沒有，還需要人工使用本生燈點火，這樣很容易發(fā)生安全事故，特別是容易引起爆燃以致燒傷操作人員。我們建議設(shè)計和生產(chǎn)加熱板（墻）的公司在這方面完善一下，實際上，這些都是很成熟的技術(shù)，不是很難做到的。  

15、     由于紅外線中波長較短的部分難以滲透到瀝青深層，另外高溫?zé)煔庖仓苯記_刷路面表層，而瀝青混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，因此瀝青表面溫度在短時間內(nèi)會急劇升高，如果不加以控制，就會造成瀝青的氧化甚至著火。對此，比較常見的辦法是采用間歇加熱方式，即加熱數(shù)分鐘后停數(shù)分鐘，然后繼續(xù)加熱，如此反復(fù)，直到達到需要的溫度和軟化深度。關(guān)于這一部分的控制，大多數(shù)廠家的產(chǎn)品都沒有，基本采用人工關(guān)停的方式，實際上，有兩種途徑可以滿足這一要求，一是使用時間控制器或PLC控制，二是采用溫度控制，即通過檢測表層瀝青的溫度來控制系統(tǒng)的加熱和停頓。前者簡單可靠，但操作者需要根據(jù)路面情況來

16、調(diào)節(jié)加熱時間和間歇時間，后者復(fù)雜一些，并且目前的溫度傳感器還不太適應(yīng)這種工作方式，可靠性有待提高，暫時難以推廣。  七應(yīng)用實例       實例一：我們給國內(nèi)某著名公司研發(fā)配套的加熱墻，有關(guān)參數(shù)如下： 名稱參數(shù)汽車底盤（T）15.75加熱墻外形尺寸（mm）2400×1800發(fā)熱元件金屬纖維燒結(jié)氈加熱負(fù)荷（kw）300面積負(fù)荷（kw/m2）70液化氣消耗（kg/h）22.5鼓風(fēng)機功率（kw）0.75燃燒及安全控制燃燒控制模塊PLC       實測的加熱效果如下（環(huán)境溫度25）： 加熱時間（min）軟化深度（cm）底層溫度（）33-3.58054.5-58065-685       尤其請大家注意的是，我們所配套的加熱墻的鼓風(fēng)機僅僅0.75kw，只有同類產(chǎn)品的1/20，這也是不同產(chǎn)品使用能耗相差很大的原因之一。        實例二：    &