УСТАНОВКА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ БИТУМА НА МАРМИТНЫХ ПЛИТАХ Российский патент 2005 года по МПК E01C19/08 C10C3/12 

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для приготовления горячей асфальтобетонной смеси.

Известно, что в настоящее время для выпаривания воды и разогрева битума до рабочей температуры (130-150°С) применяют котлы и битумоплавильные агрегаты. Известен битумоплавильный агрегат непрерывного действия Д-506 (см. Е.Н.Дубровин и др. Проектирование производственных предприятий дорожного строительства. Учебное пособие для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1975, 351 с., стр.105), состоящий из котла, оборудованного паровыми трубами, двух насосов для внутренней циркуляции и выдачи битума, теплообменника, пароотделителя и испарительной камеры с лотками.

Процесс обезвоживания битума в агрегате Д-506 протекает следующим образом. Ранее обезвоженный и нагретый до температуры 140-150°С битум смешивается с обводненным битумом, температура которого равна 95°С, и за счет отдачи тепла (снижение температуры обводненного битума со 150°С до 115-120°С) происходит обезвоживание и догрев до температуры 115-120°С вводимого обводненного битума.

Так для обезвоживания 1 тонны обводненного битума с 5% содержанием влаги и его догрева до t=115-120°C необходимо использовать более 4 тонн ранее обезвоженного и нагретого до 150°С битума. Следовательно, для обезвоживания 20 тонн битума с 5% содержанием влаги необходимо иметь 80 тонн обезвоженного битума, что на производстве невыполнимо. Как следует из конструкции агрегата, он загружается максимально 8-10 тоннами битума, а это значит, что данный объем битума будет использоваться в процессе обезвоживания 7-8 раз, что приведет к существенному ухудшению свойств битума, применяемого в качестве теплоносителя.

Следовательно, данный битумоплавильный агрегат обладает рядом существенных недостатков, к которым следует отнести:

- теплоносителем в агрегате обезвоживания битума является также битум, предварительно обезвоженный и нагретый в котле, который дополнительно окисляется, что приводит к существенному ухудшению его свойств;

- сложность конструкции и эксплуатации (необходимость непрерывного присутствия оператора);

- обезвоживание протекает достаточно длительное время;

- высокая стоимость агрегата.

Известна установка обезвоживания битума, основанная на использовании СВЧ-излучения (Патент №2184186 М. Кл. Е 01 С 19/08, С 10 С 3/18. Бюл. №18 от 27.06.2002 г.). Установка обладает рядом достоинств и обеспечивает обезвоживание битума во всем его объеме за счет свойств СВЧ-энергии, то есть тепловая энергия до 98% расходуется только на нагрев воды и ее испарение, но ей присущи и недостатки, к которым следует отнести:

- сложность, как конструкции установки, так и ее эксплуатации;

- необходимость работы на АБЗ высококвалифицированного специалиста по электронике и обеспечение высокой общей культуры производства, что пока на отечественных АБЗ создать невозможно;

- малый срок службы магнетронов (от 5000 до 10000 часов) и их высокая стоимость (стоимость магнетрона мощностью 50 кВт с блоком питания 200-300 тыс.руб.);

- необходимость отдельного помещения и ежемесячный контроль СВЧ-излучения службой госсанэпиднадзора.

Поэтому в настоящее время производство не готово для широкого внедрения СВЧ-технологии обезвоживания битума.

Наиболее близким техническим решением является установка приготовления битума по бескотловому способу (Дубровин Е.Н. и др. Проектирование производственных предприятий дорожного строительства. Учеб. Пособие для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1975, 351 с., стр.106), состоящая из напорного бака с электрическим нагревательным элементом, обеспечивающего постоянство напора и, следовательно, равномерность подачи на поточные линии нагретого до температуры 90°С битума, трехходового и проходных кранов, поточных линий, выполненных в виде открытых лотков с уложенными по днищам открытыми электронагревательными элементами, в которых производится обезвоживание и нагрев битума до рабочей температуры, расходной (накопительной) емкости готового битума.

Однако данное устройство имеет следующие существенные недостатки:

- нагрев и обезвоживание битума производится при помощи электрических нагревателей, расположенных вдоль лотка и выполненных в виде открытых спиралей, имеющих малую площадь поверхности и достаточно высокую температуру, что приводит к коксованию битума на ее поверхности и затруднению передачи тепла от нагревателя к битуму (низкий кпд. нагревателя);

- высокая пожароопасность, так как при снижении уровня битума поверхности открытых нагревателей оголяются, температура их увеличивается до 400-500°С (в режиме выпаривания, когда нагреватели закрыты битумом, их температура равна 300-350°С) и происходит возгорание битума;

- велики потери тепла в атмосферу вследствие конструктивного исполнения лотков;

- данная установка обезвоживает битум при его обводненности не более 1,5%, а при повышенной обводненности необходим возврат битума для следующего цикла обезвоживания (многократная циркуляция), что приводит к снижению его качества вследствие дополнительного активного окисления.

Поэтому данное устройство не получило применения на практике из-за низкой эффективности, больших затрат энергии и существенного снижения качества битума.

Задачей изобретения является сохранение свойств битума при его обезвоживании за счет увеличения площади контакта битума с теплонагревающей поверхностью и снижения ее температуры (до 150-180°С), сокращение интервала времени обезвоживания за счет повышения скорости передачи тепла вынужденной конвекцией от нагревателя к битуму, а также пожаробезопасность и минимизация потребления электрической энергии.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемой установке обезвоживания битума днище наклонного лотка выполнено из электронагревательных мармитных плит, над которыми установлены секции нагревателей-активаторов из оребренных закрытых теплоэлектрических нагревательных элементов (ТЭНов), наполнителем которых является периклаз, имеющий высокий коэффициент теплопередачи, а шахматное расположение ТЭНов в секциях обеспечивает турбулентное движение потока битума. При изменении процентного содержания влаги для обеспечения процесса обезвоживания битума производится изменение угла наклона лотка установки регулированием подвижной рамы. Выполнение данного лотка из мармитных плит и введение оребренных герметичных (ТЭНов) существенно увеличивает теплоотдающую поверхность и полностью исключает пожароопасность, а наличие поворотных козырьков и секций оребренных нагревательных элементов, установленных в шахматном порядке, создает турбулентность в движущемся потоке битума, что значительно увеличивает коэффициент теплопередачи. Кроме того, впервые в практике применения нагревающих и обезвоживающих устройств лоткового типа при подготовке битума теплоотдающая поверхность днища лотка из мармитных плит осуществляет нагрев нижнего слоя движущегося потока битума, обеспечивая повышение эффективности выхода пузырьков пара из нижних слоев.

Сущность изобретения заключается в том, что установка обезвоживания битума содержит теплоизолированный закрытый лоток, закрепленный на регулируемой раме, битумопроводы, трехходовой кран, калорифер, выход которого соединен с верхней частью выхода лотка, напорный бак и расходную емкость с закрытыми оребренными теплоэлектрическими нагревательными элементами, датчиками температуры и уровня, при этом днище лотка выполнено из электронагревательных мармитных плит, поперек лотка над мармитными плитами установлены секции нагревателей-активаторов, состоящие из оребренных закрытых теплоэлектрических нагревательных элементов, расположенных в шахматном порядке в несколько рядов, причем перед каждой секцией закреплены поворотные козырьки, соединенные между собой с наружной стороны лотка единой тягой для изменения угла их наклона.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показана установка обезвоживания битума на мармитных плитах.

Установка обезвоживания битума содержит заборный 1 и напорный 2 баки с закрытыми оребренными ТЭНами 3, датчиками температуры 4 и уровня 5, расходную емкость 6 с регулятором толщины потока 7, насос 8, битумопроводы 9, трехходовой кран 10, закрытый лоток 11 с крышкой 12 и днищем 13 из электронагревательных мармитных плит 14, закрепленных вдоль оси установки на регулируемой уголковой раме 15, верхняя часть которой соединена с неподвижной опорой при помощи подвижного разъема 16, а в средней ее части и в конце на требуемой высоте устанавливаются регулируемые опоры 17. Поперек лотка 11 последовательно над мармитными плитами 13 установлены секции нагревателей-активаторов 18, каждая из которых состоит из нескольких рядов оребренных закрытых ТЭНов, расположенных в шахматном порядке друг над другом. Перед каждой секцией нагревателей-активаторов, за исключением первой, закреплены на подвижных соединениях поворотные козырьки 19, которые прикреплены с наружной стороны лотка к тяге 20 через ручки 21. Верхняя часть лотка 11 через расходную емкость 6, гибкий битумопровод 22 и трехходовой кран 10 соединена с напорным баком 2. На выходе лотка в нижней его части установлена перегородка 23, разделяющая поток выходящего обезвоженного битума и входящего горячего воздуха, нагнетаемого в установку вентилятором 24 от калорифера 25. Нижняя выходная часть лотка оканчивается выходным патрубком битума 26, соединенным с приемной емкостью 27, в которой также установлены закрытые оребренные ТЭНы 3, датчики температуры 4 и уровня 5. Чтобы потери тепла в атмосферу были минимальными, емкости 1, 2, 6 и 27, насос 8, битумопроводы 9, трехходовой кран 10 и лоток 11 и крышка 12 теплоизолируются.

Установка обезвоживания битума на мармитных плитах располагается перед резервным или рабочим котлом АБЗ и работает следующим образом.

Перед началом работы установки за 5-10 минут до подачи битума с целью прогрева лотка и поддержания постоянной температуры производится включение калорифера 25 и вентилятора 24. Обводненный битум из заборного бака насосом 8 и по битумопроводу 9 подается в напорный бак 2, где он догревается при помощи системы автоматического регулирования до требуемой температуры 98°С. При открытом трехходовом кране 10 битум из напорного бака 2 поступает в расходную емкость 6, оборудованную заслонкой для регулирования толщины потока 7. После заполнения расходной емкости 6 битум поступает равномерным слоем, формируемым открытием заслонки 7 на необходимую высоту, на вход лотка 11. Толщина слоя битума, количество рядов включенных ТЭНов в секциях нагревателей-активаторов 18, положение козырьков и угол наклона лотка определяется процентным содержанием влаги в битуме. Угол наклона козырьков подбирается таким образом, чтобы работающие ТЭНы всегда были покрыты битумом, дабы избежать их перегрева. Изменение положения поворотных козырьков осуществляется посредством изменения положения тяги 20, находящихся на наружной стороне лотка. Движение потока битума происходит как по наклонной поверхности нагретых до температуры 150-180°С мармитных плит 13, так и через установленные на пути потока секции нагревателей-активаторов 18. В местах обтекания секций нагревателей-активаторов 18, нагретых предварительно до заданной температуры, происходит интенсивное перемешивание (турбулентное движение) битума. При этом активно выходят образовавшиеся пузырьки пара, которые удаляются из лотка 11 горячим воздухом, нагретым в калорифере 25 до температуры 100-110°С и нагнетаемым в верхнюю выходную часть лотка 11 вентилятором 24. Противоточное движение горячего воздуха потоку битума не только способствует повышению эффективности сепарации и удаления влаги, а также компенсирует внешние потери от нагретого потока битума. В зависимости от процентного содержания влаги в битуме рама 15 и гибкое соединение на входе в лоток (гибкий битумопровод 22) позволяют изменять угол наклона лотка с целью изменения скорости перемещения по нему массы обводненного битума. Обезвоженный битум по выходному патрубку битума 26 поступает в приемную емкость 27, а затем в рабочий или резервный котел АБЗ для использования в технологическом процессе.

Применение предлагаемой установки обезвоживания битума на мармитных плитах позволит:

- сохранить качество битума за счет снижения температуры и уменьшения длительности процесса обезвоживания, а также существенного увеличения теплоотдающей поверхности и обеспечения турбулентности движущегося потока;

- снизить энергетические затраты за счет уменьшения тепловых потерь, повышения кпд нагревателей и исключения перегрева битума;

- значительно улучшить экологию на АБЗ за счет меньшего выделения токсичных газов из битума при его подготовке.

Предлагаемая установка проста по конструкции и в эксплуатации.

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для приготовления горячей асфальтобетонной смеси. Технический результат - сохранение свойств битума при его обезвоживании за счет увеличения площади контакта битума с теплонагревающей поверхностью, снижения ее температуры (до 150÷180°С), сокращения интервала времени обезвоживания, повышения скорости переноса тепла от нагревателя к битуму созданной вынужденной конвекцией, пожаробезопасность, минимизация потребления электрической энергии, а также значительное улучшение экологии на АБЗ за счет исключения его перегрева. Установка обезвоживания битума содержит теплоизолированный закрытый лоток, закрепленный на регулируемой раме, битумопроводы, трехходовой кран, калорифер, выход которого соединен с верхней частью выхода лотка, напорный бак и расходную емкость с закрытыми оребренными теплоэлектрическими нагревательными элементами, датчиками температуры и уровня. Днище лотка выполнено из электронагревательных мармитных плит, поперек лотка над мармитными плитами установлены секции нагревателей-активаторов, состоящие из оребренных закрытых ТЭНов, расположенных в шахматном порядке в несколько рядов. Перед каждой секцией закреплены поворотные козырьки, соединенные между собой с наружной стороны лотка единой тягой для изменения угла их наклона. 1 ил.

Установка обезвоживания битума, содержащая теплоизолированный закрытый лоток, закрепленный на регулируемой раме, битумопроводы, трехходовой кран, калорифер, выход которого соединен с верхней частью выхода лотка, напорный бак и расходную емкость с закрытыми оребренными теплоэлектрическими нагревательными элементами, датчиками температуры и уровня, отличающаяся тем, что днище лотка выполнено из электронагревательных мармитных плит, поперек лотка над мармитными плитами установлены секции нагревателей-активаторов, состоящие из оребренных закрытых теплоэлектрических нагревательных элементов, расположенных в шахматном порядке в несколько рядов, причем перед каждой секцией закреплены поворотные козырьки, соединенные между собой с наружной стороны лотка единой тягой для изменения угла их наклона.