滚筒干燥器能耗分析及参数优化设计

针对热拌混凝土生产过程中物料加热、干燥能耗高等问题，通过实验分析了滚筒内扬料叶片结构参数对料帘分布特性的影响，对滚筒干燥器和料帘进行离散元仿真建模，实现扬料叶片齿间距、宽度、折弯角最优设计，优化计算后得到齿间距为39 mm、叶片宽度为40 mm、折弯角为128。构建能耗预测支持向量机模型，能耗预测误差为±5％，实现滚筒干燥过程操作和生产参数的优化。

国内外对滚筒干燥器的节能、环保技术及热效率方面都进行了深入的研究，取得了丰富的研究成果。Andrew Hobbs等人以数值模拟的方式，通过离散元和空气流场的耦合(DEM—CFD)分析了固体颗粒在滚筒干燥器内运动情况，得到令人满意的结果。M．K wapinska基于离散单元(DEM)和连续介质方法对自由流动颗粒在水平旋转干燥器中的传热进行了仿真，所构建的DEM模型与连续介质法得到的结果基本一致旧一。孙祖望教授分析了热拌混凝土连续式相比于间歇式搅拌设备的优点以及不同的滚筒参数与加热方式对沥青混合料的影响¨。江苏大学的田晋跃等利用流体分析理论对滚筒干燥器内流体运动及温度分布进行了研究，基于热效率实现了滚筒干燥器结构参数优化设计。黄志刚等人对颗粒物料在滚筒干燥器内的传质和传热过程进行了数值模拟和试验研究，模拟结果和试验结果较为吻合_“’。长安大学的李海鹏等人对滚筒干燥器的热效率进行了三维仿真分析，仿真结果提高了干燥滚筒的热效率。Jullien研究了操作参数对回收沥青在搅拌过程中的能耗和排放的情况。U．tSamdal在研究中发现沥青对烟气中的有机物排放有一定影响。从对环境影响的角度，美国的一些科研机构对美国的几百个沥青搅拌站进行了系统的统计研究。Paranhos研究了沥青搅拌站的污染物排放的测量方法，通过集中相关气体的测量结果对热拌沥青的效率进行预测。
针对滚筒干燥生产过程中能耗问题，国内外学者取得了显著的研究成果．但是关于结构和生产参数对能耗和排放影响的系统研究较少u121。本文通过试验研究了关键的结构和生产参数对能耗和排放的影响机理；滚筒干燥器内的料帘分布特性对能耗和排放有至关重要的影响。对滚筒干燥器进行离散元建模，基于料帘分布面积和均匀性，实现结构和生产参数优化设计；在线检测滚筒干燥生产过程中的状态参数，提取影响能耗和排放的有效特征，构建了能耗和排放的支持向量机模型，并对模型参数进行了优化，实现生产过程中操作参数的优化。通过结构、生产和操作参数实现了滚筒干燥过程的节能、减排。
1 滚筒干燥器的结构及存在的问题
1．1滚筒干燥器的结构
本文研究的滚筒干燥器结构如图1所示，内部主要由进料区、料帘区和出料区等组成，燃烧器安装在出料区，采取逆流式加热方式。需要加热的物料由进料口加入，进料区中有含料叶片，含料叶片使物料紧贴滚筒内壁，通过叶片的导料作用使物料顺利进入料帘区；料帘区由大量的扬料叶片组成，扬料叶片在滚筒的转动下使物料沿着径向形成均匀的料帘，燃烧器在滚筒内形成的热气流和料帘充分接触，带走物料中的水，从而达到物料干燥的目的。因此，在扬料区形成的料帘分布特性直接决定了干燥效率和能耗。干燥好的物料在出料区含料叶片和燃烧器火焰的作用下紧贴滚筒内壁被加热到设定的温度，同时物料也对滚筒壁起到保护的作用，避免燃烧器火焰和滚筒壁直接接触，导致滚筒变形。
1．2物料干燥、加热过程中存在的问题
物料干燥过程中的能耗和排放主要取决于燃烧器的燃烧效果和干燥滚筒的结构。燃烧器的燃烧效果主要和配风量、燃油品质、油温、滚筒内正负压、燃烧器的机构参数等有关。燃烧效果直接影响烟气的排放。滚筒干燥器的料帘分布不均匀将产生风洞。会导致热气流排除过多而带走过多的热量，同时烟尘温度过高又会直接烧毁除尘布袋；料帘太厚时，烟尘无法排除，同时热气流和物料之间交换不充分，烟尘温度过低将导致除尘布袋冷凝。从而堵死除尘布袋，因此料帘的分布特性对物料干燥效果、节能环保至关重要。料帘分布特性与扬料叶片结构、滚筒运行参数等密切相关。实际工程中需要通过大量的试验才能确定最优的料帘分布方案。若使用的渣油品质波动较大，将导致配风量的波动，从而影响燃烧效率。滚筒的正负压直接影响燃烧器火焰的形状，燃烧器火焰形状的改变对物料加热、干燥效果影响明显，出料温度、烟尘排放温度对能耗和排放也具有重要的影响。一直以来．物料干燥过程的操作参数需要在工地不断地调试，如果几个参数同时影响，操作参数的调试将更加复杂。需要提取影响能耗和排放的有效特征向量，明确各种生产参数的影响机制。

投稿会员：芳华