Hệ Thống Gia Nhiệt Cho Cốt Liệu

chất phụ gia hoạt tính như vôi, xim ăng hoặc cho thêm chất phụ gia hoạt tính bề mặt vào nhựa đường Đá cần phải sạch, lượng ngậm bẩn không quá 1% theo khối lượng - Cát Vai trò của cát tro

Chương III: hệ thống gia nhiệt cho cốt liệu

1 Khái quát về cốt liệu

Hình 1 Cốt liệu bê tông nhựa nóng Cốt liệu đóng vai trò rất quan trọng trong hỗn hợp bê tông nhựa nóng Nó chiếm khoảng 92 đến 96 % tổng khối lượng vật liệu BTNN và chiếm trên 30% giá thành kết cấu mặt đường cốt liệu chủ yếu của BTNN là đá dăm ( hoặc sỏi), cát ( cát tự nhiên hoặc cát nghiền, bột đá vôi, các cốt liệu nhân tạo( sỏi keramit, xỉ lò cao, xi măng)…

Cốt liệu có thể phân loại theo nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo cốt liệu tự nhiên được lấy từ tự nhiên và trong quá trình khai thác, sản xuất không làm thay đổi bản chất của chúng, chỉ sử dụng cách nghiền đẽo, sàng hay rửa trong nhóm này đá dăm, sỏi và cát là phổ biến nhất, mặc dù có thể thêm đá bọt đá vỏ sò đá quặng, và đá vôi Cốt liệu nhân tạo gồm xỉ lò cao, đất sét nung, cốt liệu nhẹ, và các vật liệu thải

a) Thành phần cốt liệu

- Đá dăm hay sỏi

Chất lượng đá dăm hay sỏi về cường độ, tính đồng nhất, hình dạng, trạng thái bề mặt, thành phần khoáng vật vv có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bê tông nhựa nóng

Đá dăm để chế tạo bê tông nhựa nóng có thể là đá dăm sản xuất từ đá thiên nhiên, đá dăm từ đá cuội, hoặc đá dăm chế tạo từ xỉ lò cao, nhưng phải phù hợp với các yêu cầu của tiêu chuẩn thành phân hạt đá dăm hay sỏi được chia làm ba nhóm gồm 20-40; 10-20; 5-10 mm

Đá dăm cần phải liên kết tốt với nhựa đường về mặt này thì các loại đá vôi, đôlômit,

chất phụ gia hoạt tính như vôi, xim ăng hoặc cho thêm chất phụ gia hoạt tính bề mặt vào nhựa đường

Đá cần phải sạch, lượng ngậm bẩn không quá 1% theo khối lượng

- Cát

Vai trò của cát trong hỗn hợp bê tông nhựa nóng là chèn kẽ hở giữa các hạt cốt liệu lớn làm tăng độ đặc của hỗn hợp

- Bột khoáng

Bột khoáng là thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông nhựa nóng Nó không những nhét đầy lỗ rỗng giữa các loại cốt liệu lớn hơn ( cát, đá dăm hay sỏi) làm tăng độ đặc của hỗn hợp mà còn làm tăng diện tích tiếp xúc, làm cho màng nhựa đường trên mặt hạt khoáng càng mỏng như vậy lực tương tác giữa chúng tăng lên cường độ và độ bền nước của BTNN cũng tăng lên

b) Đặc điểm

Các loại cốt liệu cần được sấy đến nhiệt độ 180-210 độ C nhiệt độ sấy quá thấp sẽ không đủ nhiệt giữ cho nhựa chảy loãng trong quá trình trộn và không đủ nhiệt khi rải và

lu lèn Nhiệt độ quá cao 240 độ c, khiến đá bị vôi hóa, mất độ chịu lực, gây cháy nhựa đường

Cốt liệu chiếm tỷ trọn lớn trong sản phẩm tùy theo vật liệu đầu vào, lượng nước trong vật liệu thay đổi nhiều do vậy công suất của hệ thống sấy côt liệu cũng phải khá lớn và phải điều chỉnh trong một dải rộng theo độ ẩm khối lượng và tỉ lệ tương đối của vật liệu đầu vào

Cốt liệu được gia nhiệt trực tiếp trong tang sấy nên thời gian gia nhiệt ngắn do vậy đòi hỏi diện tích bề mặt tiếp xúc gia nhiệt phải lớn

2 Đầu Đốt

Để gia nhiệt, người ta cần phải sử dụng năng lượng điện hoặc nhiệt năng lấy từ quá trình đốt nhiên liệu Trong sản xuất bê tông nhựa, chi phí năng lượng cho sấy vật liệu là rất lớn Người ta cố gắng sử dụng các loại nhiên liệu có tỷ trọn lớn hoặc than đá để giảm giá thành sản phẩm

- Công suất nhiệt: Lượng nhiệt giải phóng khi đầu đốt làm việc bình thường (htải).

- Nhiệt độ làm việc: Nhiệt độ mà đầu đốt có thể gia nhiệt cho tải (nhiệt độ cao nhất

ở điều kiện làm việc bình thường) Nhiệt độ đầu đốt liên quan đến loại nhiên liệu mà đầu đốt sử dụng; Nhiên liệu càng nhẹ, quá trình cháy càng mãnh liệt, nhiệt độ của ngọn lửa và của lò càng cao Với dải nhiệt độ 6000 C trở xuống,

Các đầu đốt sử dụng nhiên liệu dầu FO hoặc DO Với dải nhiệt độ cao hơn, đến

1200°C, nhiên liệu sử dụng là khí gas

- Hiệu suất đốt: Năng lượng toả ra trên một đơn vị khối lượng nhiên liệu Hiệu suất cao đòi hỏi khống chế chính xác tỷ lệ nhiên liệu/không khí và khuếch tán tốt nhiên liệu để đảm bảo sự cháy hoàn toàn và giảm thiểu sự ô nhiễm đối với không khí

- Tính tự động: Khả năng tự động duy trì nhiệt độ lò, khống chế lượng nhiên liệu cấp vào cũng như các thao tác khởi động/tắt lò

- Tính an toàn: Đầu đốt sử dụng một lượng lớn nhiên liệu ở nhiệt độ cao.Nếu lượng nhiên liệu này không được đốt một cách an toàn và hợp lý, sẽ có nguy cơ cháy nổ rất nguy hiểm Do vậy, tính an toàn của hệ thống đòi hỏi rất cao; Thiết bị phải có khả năng phát hiện và đảm bảo an toàn cho hệ thống khi có bất kỳ sự cố nào xảy ra

H4 Đàu đốt dầu FO P450P/N Thông số:

- Công suất tiêu thụ nhiên liệu: 100/225 - 450 kg/h

- Công suất nhiệt lượng: 1140/2615 - 5130 kW

- Tổng công suất điện 34 kW

- Điện ỏp: 380V, 50Hz

3 Tang sấy

H3 Tang sấy Chứa các vật liệu (cát, đá các cỡ) và rang sấy đến nhiệt độ cần thiết (180ữ210°C).Làm giảm độ ẩm của vật liệu, làm sạch cốt liệu,tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình dính bám với nhựa đờng và từ đó các hạt cốt liệu dễ bám dính với nhau hơn

Tuy nhiên nếu sấy với nhiệt độ cao hơn ≥2400C thì đá dăm có hiện tợng vôi hóa do

đó làm giảm cờng độ chịu lực của vật liệu dẫn đến giảm cờng độ chịu lực của bê tông asphalt Nếu nhiệt độ sấy thấp dới 1800C thì nhiệt độ của asphalt bê tông sau khi trộn không đảm bảo yêu cầu Chính vì các lý do nêu trên nên các trạm trộn thờng có bộ khống chế nhiệt độ sấy tự động

Trong thực tế, việc tự động ổn định nhiệt độ cốt liệu khú đạt độ chớnh xỏc cao, vỡ vậy thường được giỏm sỏt và điều khiển bằng tay: cụng nhõn vận hành trờn cơ sở quan sỏt nhiệt độ tại cỏc điểm, độ ẩm của vật liệu, tỷ lệ cỏc loại vật liệu và lượng vật liệu nguội cấp vào lũ để điều chỉnh nhiờn liệu phun vào lũ

Phõn bố cỏc vựng trong tang sấy

H4 Các vùng trong tang sấy Cốt liệu nguội được đưa vào từ phía cuối của tang sấy, khi tang sấy quay cốt liệu d chuyển về phía thấp hơn hay phía đầu tang sấy, dưới tác dụng của ngọn lửa đầu đốt độ

ẩm cốt liệu giảm dần và nhiệt độ cốt liệu tăng Đường đi dòng khí đi ngược chiều với cốt liệu

Sơ đồ nhiệt độ trong tang sấy

H5 Nhiêt độ trong tang sấy khi gia nhiệt

Ban đầu cốt liệu đầu vào có nhiệt độ môi trường và độ ảm cao, qua các khu vực trong tang sấy cốt liệu độ ẩm cốt liệu bắt đầu giảm đần đến khi độ ẩm gần như bằng 0 và quá trình gia nhiệt diễn ra mạnh mẽ khi đến đầu ra nhiệt độ cốt liệu đạt khoảng 180 ÷ 200°C

Theo mặt cắt ngang của tang sấy nhiệt độ giữa hai điểm bất kỳ trong một mặt cắt không được quá 80 độ

H6 Mặt cắt ngang tang

Để đạt được điều này cốt liệu khi tang sấy quay phải cốt liệu trút một cách hợp lý nếu không dẫn đến nhiệt độ phân bố trong tang sấy sẽ bị chênh lệch giứa hai mặt đối diện

và cốt liệu sẽ không được cấp nhiệt đấy đủ đồng thời làm tăng nhiệt độ vỏ tang sấy và khí thải, khi ra khỏi tang sấy không đủ điều kiện về nhiệt độ

Cốt liệu phải có kích thước đúng, số lượng đầy đủ, kiểm soát tốc độ quay tang sấy

và độ nghiêng của tang sấy phải được thiết kế một cách hợp lý để tối đa hóa sự tương tác giữa cốt liệu và dòng khí nóng đảm bảo gia nhiệt một cách hiệu quả Mặt khác theo thời gian bề mặt phía trong tang sấy bị mài mòn bởi ma sát với cốt liệu và có thể bị biến dạng bởi nhiệt độ cao vì vậy phải kiểm tra bảo dưỡng định kỳ

Trong tang sấy dòng khí đi ngược chiều với dòng cốt liệu dòng khí này được cung cấp qua hệ thống bơm khí đầu vào cấp cho đầu đốt và phải có đường thoát ra khỏi tang sấy vì khi dòng khí đến đầu cuối của tang sấy khí bị chặn lại tạo một áp suất âm đẩy ngược trở lại gây nguy hiểm cho đầu đốt ngoài ra người ra còn bố trí một hệ thống quạt hút để hỗ trợ hút dòng khí này ra ngoài Do dòng khí này sau khi ra khỏi tang sấy mang theo một lượng bụi trong cốt liệu nên có hệ thống lọc bụi đảm bảo không gây ô nhiễm cho môi trường

Quạt cung cấp khí cho đầu đốt

4 Hệ thống lọc bụi cho cốt liệu

Lọc sơ cấp

Buồng túi lọc

Buồng lọc là một buồng kim loại lớn chứa hàng trăm túi vài chịu nhiệt tổng hợp, thường là silicon nhằm thu lại lượng bụi trong dòng khí đi ra tử tang sấy nguyên lý hoạt động của buồng lọc giống như một chiếc máy hút bụi người ta bố trí một chiếc quạt chân không lớn tạo ra một lực hút lớn hút luồn khíg trong tang sấy vào buồng lọc( sau khi qua lọc sơ cấp) khi không khí bẩn đi qua các túi lọc bụi bẩn được giữ lại ở trên bề mặt các túi này Không khí sạch tiếp tục được dẫn qua ống thoát khí ra môi trường bên ngoài

Cuối cùng lượng bụi được tích tụ thành các bánh bụi ở túi lọc, trên mỗi hàng túi lọc

có một ống thẳng dẫn khí nén xuống, khi cần làm sạch các túi lọc thì một van điện từ mở

ra trong thời gian ngắn, tạo một áp lực đẩy bụi ra khỏi túi rơi xuống đáy của buồng lọc và được đẩy ra ngoài nhở vít tải

5 Kiểm soát nhiệt độ

Để kiểm soát nhiệt độ cốt liệu người ta bố trí can nhiệt tại vị trí sau

Tại chân băng gầu nóng: sau khi ra khỏi tang sấy vật liệu sẽ rơi vào băng gầu nóng

Do vậy nhiệt độ tại điểm này cho thấy nhiệt độ của vật liệu sau khi sấy khỏi lò Tuy nhiên điểm này không thường xuyên có vật liệu nên nhiệt độ theo dõi tại điểm này không phản ánh liên tục và chính xác nhiệt độ lò

Tại khoang chứa vật liệu nóng sau sàng: trong các phễu chứa vật liệu nóng thường chứa một lượng lớn vật liệu, nên đo nhiệt độ vật liệu ở điểm này sẽ ổn định và dễ dàng hơn Tuy nhiên, nhiệt độ tại điểm này thường thấp hơn nhiệt độ ra khỏi tang sấy khoảng

10 đến 20 độ C thông thường các can nhiệt được bố trí ở ngăn có kích thước hạt nhỏ nhất

để tăng cường khả năng tiếp xúc và trao đổi nhiệt để giữ can nhiệt và vật liệu

Tín hiệu này sẽ được đưa đến bộ hiển thị rời hoặc đưa và hệ thống điều khiển giám sát của trạm

6 So sánh hệ thống sấy cốt liệu trong trạm trộn nhựa nóng với hệ thống cấp nhiệt cho lò hơi sử dụng bộ đầu đốt

Nguyên lý làm việc của lò hơi

Quy trình:

Nước cấp cho bồn chứa phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng, được bơm hút về và đẩy vào lò hơi Bộ phận cung cấp nhiệt được đốt bằng dầu mazut (có thể nhiên liệu khác) và nguồn nhiệt đạt được đến khoảng 1600 - 2200 oC Với mô hình thiết bị như trên, khói lò sau khi đi qua 3 pass và ra khỏi lò nhiệt độ hạ xuống còn 900 - 1300 oC (Hình vẽ bên dưới) Hơi được cung cấp cho các thiết bị trao đổi nhiệt và sau khi ra khỏi các thiết bị này sẽ bị ngưng tụ thành lỏng và quay trở lại bồn chứa nước cấp cho lò hơi

Lò hơi

Mô hình vật thể lò hơi

7 Bổ sung

Các trạm trộn được cung cấp các hỗn hợp vật liệu khoáng, nhựa đường mà không dung hệ thống các thùng chứa cốt iêu nóng, phễu định lượng và thùng trộn về nguyên tắc hệ thống cấp cốt liệu nguội giống như mô tả ở trên tuy nhiên ở trạm trộn thùng quay trạm trộn lien tục cấp nhiệt trược tiếp thì cốt liệu được cấp liên tục từ các thùng cấp cốt liệu nguội thành phần cấp phối cốt liệu phải chính xác bởi bất kỳ một sai sót nào về tỷ

lệ cấp liệu chỉ được phát hiện khi các mẫu của hỗn hợp vật liệu trộn xong được phaan tích ở phòng thí nghiệm

Các thùng cấp liệu nguội đỏ cốt liệu vào các băng tải các băng tải này lần lượt đổ các cốt liệu vào băng truyền tải việc phối cấp liệu được thực hiên ở mỗi cầu cân cho phép biểu thị tốc độ của dòng cốt liệu ( làm giảm độ ẩm cốt liệu) và do vậy cho phép tính toán được lượng cốt liệu mịn và nhựa đường cần thêm vào

Thùng quay ở đây được dùng khác với ở trạm trộn chu kỳ cấp nhiệt gián tiếp ở hai điểm cơ bản là

- Đầu đốt đặt ở cuối thùng quay và do vậy cốt liệu chảy vào theo chiều ngọn lửa

- Hình dạng của các buồng bên trong thùng quay phức tạp hơn

Bên trong thùng quay có hai khu vực khu vực thứ nhất để rang sấy và cấp phối cốt liệu khu vực thử hai để trộn cốt liệu với nhựa đường khu vực trộn được bảo vệ bằng màn chắn ngọn lửa hoặc thiết bị làm tăng mật độ của màn cốt liệu để bảo vệ cốt liệu đã trộn xong khỏi bức xạ nhiệt từ lò sấy

Nhựa đường được phun vào thùng quay tại điểm khởi đẩu của khu vực hai Tốc độ cảu dòng nhựa đường tỷ lên vởi dòng cốt liệu và được khống chế hoặc bằng các bơm định trước các tốc độ khoác nhảu hoặc bằng các van có độ mở khác nhau

So với trạm trộn khác lượng khói xả của trạm trộn này chỉ bằng 10% lượng bụi thải ra của các loại trước đây điều này đạt được là do lượng bụi khí sinh ra ở vùng rang sấy được hấp thụ bởi hỗn hợp cấp liệu nhựa đường ở buồng trộn

Loại trạm trộn nay khó sư dụng một cách linh họat và đòi hỏi những thay đổi lớn nếu muốn thay đổi dạng hỗn hợp cần nhào trộn tuy nhiên việc tự động hóa điều khiển bằng máy tính đã khắc phục được điều này Loại trạm trộn này tương đối đơn giản và các bộ phận khá nhỏ vì vậy nó khá lý tưởng cho những gói thầu nhỏ nơi cần lăp đặt trạm trộn tạm thời có thể duy chuyển được sự đơn giản của trạm trộn cũng làm giảm chi phí bảo đường cà cải tiến độ tin cậy tuy nhiên sự ưu điểm vượt trội hơn cả của trạm trộn thùng quay là công suất của chúng Chúng là thiết bị lý tưởng cho những gói thầu xây dựng yêu cầu vật liệu đá nhựa cùng chủng loại với khối lượng lớn và trong một thời gian dài

b) Trạm trộn chu kỳ cấp nhiệt trực tiếp

Loại trạm trộn này, cấp phối cốt liệu nguội được định lượng theo từng mẻ từ bộ phân cấp liệu nguội và được đổ vào tang sấy rổi được xả vào máy trộn để trộn với nhựa đường ở bộ phận cấp lieeun nguội cấp phối cốt liệu nguội theo tỷ lệ định sẵn được đổ vào phễu để kiểm tra trọng lượng trước khi rang ssaays Tỷ lệ cốt liệu nguội không được thay đổi trong quá trình và do vậy việc điều khiển cấp liệu nguội phải rất chính xác Từ phễu định lượng các cốt liệu được cho vào thùng sấy từng mẻ một thực tế thời gian sấy một mẻ khá ngắn sau đó cốt liệu được cho vào máy trộn để trộn với nhựa

Loại trạm trộn này cốt liệu nguội được xác định thành phần trước khi gia nhiệt, chúng cho phép thay đổi nhanh chóng các chỉ tiêu kỹ thuật hỗn hợp mà không bị han chét bởi dung lượng thùng chứa cốt liệu nóng Tuy nhiên cốt liệu có độ ẩm hơn 2 % thì dùng trạm trộn này không kinh tế ( với yêu cầu sấy khô vật liệu) do vậy loại trạm trộn này thích hợp với các loại vật liệu yêu cầu nhiệt độ vừa và thấp như đá dăm trộn nhựa hơn là những hỗn hợp có hàm lượng cát cao