文探討了瀝青路面熱再生所使用的加熱設(shè)備設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)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(jì)

一．背景

我國(guó)公路總里程已經(jīng)接近200萬(wàn)公里，其中高速公路也已達(dá)到3萬(wàn)多公里。在這些公路中，瀝青路面占絕大多數(shù)，鋪裝和維護(hù)這些路面需要耗費(fèi)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(lái)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(guò)了。

二．加熱方式

按照傳熱方式來(lái)分，有輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)三種方式，對(duì)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(wú)法滿(mǎn)足其快速加熱的需要，因此，對(duì)于瀝青路面的現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(zhǎng)越長(zhǎng)，穿透力越好，反之，波長(zhǎng)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。

紅外線的波長(zhǎng)范圍是0.76－1000μm，但按照瀝青混凝土的特性，適于使用的波段是2-5μm，此時(shí)瀝青混凝土對(duì)紅外線的吸收率超過(guò)了90％。紅外線對(duì)瀝青混凝土的穿透深度為5-6cm，超過(guò)這個(gè)深度，利用紅外線加熱就比較困難。由于現(xiàn)場(chǎng)熱再生一般都是修補(bǔ)表層病害，利用紅外線來(lái)加熱是可以滿(mǎn)足要求的。

微波的波長(zhǎng)是1-1000mm，主要用于通訊，國(guó)際上規(guī)定只有915MHz和2450MHz的微波可以用于加熱，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是327mm和122mm。我國(guó)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(yàn)情況來(lái)看，它可以穿透瀝青混凝土的深度為10-20cm，加熱深度難以控制，而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)熱再生來(lái)說(shuō)，是否需要加熱這么深的深度，以及加熱深了，會(huì)對(duì)基層有什么影響，還有待商榷和實(shí)際驗(yàn)證。同時(shí)，由于安全問(wèn)題（微波泄漏），微波不適于連續(xù)作業(yè)的再生列車(chē)。

按照能量的來(lái)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(duì)于燃?xì)饧t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(duì)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(duì)柴油或汽油發(fā)電機(jī)組，通常在20％左右，大型火力發(fā)電機(jī)組的效率也只有35－40％），因此，它的運(yùn)行成本必然會(huì)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?lái)加熱物體。液體燃燒時(shí)火焰溫度較高，主要輻射波長(zhǎng)小于2μm的紅外線和可見(jiàn)光，波長(zhǎng)較短，對(duì)物體的穿透力弱，直接加熱的效果不好，但利用其煙氣對(duì)瀝青進(jìn)行加熱（對(duì)流和傳導(dǎo)），也是加熱的方式之一，不過(guò)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(huì)不錯(cuò)。

氣體燃料燃燒時(shí)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)出紅外線，這就是燃?xì)饧t外線加熱的機(jī)理。其中，發(fā)熱元件是Zui主要的部件，一個(gè)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(jì)。

通過(guò)以上比較可見(jiàn)，利用氣體燃燒產(chǎn)生紅外線來(lái)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(diǎn)是輻射效率較高，耐腐蝕，價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是陶瓷板的熱應(yīng)力大，而且質(zhì)脆，容易損壞，維修工作量和維修費(fèi)用高，同時(shí)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(diǎn)，但其強(qiáng)度不夠，而且更怕水。我們接觸過(guò)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40-50μm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)達(dá)國(guó)家已在越來(lái)越多的場(chǎng)合用其做燃燒器的燃燒介質(zhì)和發(fā)熱元件。具體說(shuō)來(lái)，金屬纖維燃燒器它有如下優(yōu)點(diǎn)：使用溫度高（極限使用溫度1250℃，實(shí)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(jì)、無(wú)熱膨脹問(wèn)題、重量輕（1200g/m2）、強(qiáng)度高（≧15 N/mm2）、使用壽命長(zhǎng)（≧20000h），熱慣性?。ㄔ?s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(diǎn)是不能用于腐蝕性的環(huán)境中，并且價(jià)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(lái)具體確定。

四．加熱負(fù)荷

對(duì)于瀝青路面加熱，有幾個(gè)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(zhǎng)變短，穿透力不夠，以致短時(shí)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(yàn)研究，對(duì)于熱修補(bǔ)，這個(gè)值以60-100kw/m2為佳，而對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的再生列車(chē)，其加熱負(fù)荷應(yīng)該根據(jù)加熱車(chē)的工作速度來(lái)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(guó)內(nèi)曾經(jīng)有廠家提出一個(gè)熱墻式綜合養(yǎng)護(hù)車(chē)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(gè)要求，對(duì)于底盤(pán)為15T的綜合養(yǎng)護(hù)車(chē)，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(yùn)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(méi)有提高，反而帶來(lái)了其它問(wèn)題。

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?xì)夂涂諝獾幕旌洗嬖诓痪鶆蛐?，因此?shí)際需要的空氣量要大5-30％。

供風(fēng)方式主要有兩種，一種是使用鼓風(fēng)機(jī)，一種是利用燃?xì)庖淇諝?。使用風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是燃?xì)夂涂諝饣旌虾?，燃燒穩(wěn)定，受氣候的影響小，抗風(fēng)能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是需要消耗能量；利用燃?xì)庖淇諝獠恍枰饧幽芰?，缺點(diǎn)是容易受到干擾，氣候（主要是風(fēng)力）、燃?xì)鈮毫Φ淖兓?、材料等都?duì)其有很大的影響，而且，需要的燃?xì)鈮毫^大，多為0.1-0.2MPa，部分廠家所生產(chǎn)設(shè)備的燃?xì)鈮毫ι踔吝_(dá)到0.5MPa。從目前國(guó)內(nèi)使用的瀝青路面加熱設(shè)備來(lái)看，熱墻式綜合養(yǎng)護(hù)車(chē)都使用鼓風(fēng)機(jī)，小型的加熱板則兩種都有。

六．控制方式

對(duì)于燃?xì)馊紵到y(tǒng)，首先必要的控制系統(tǒng)應(yīng)該有自動(dòng)點(diǎn)火、火焰監(jiān)測(cè)、熄火保護(hù)、安全報(bào)警等功能。目前市場(chǎng)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(jiǎn)單的點(diǎn)火功能，普遍沒(méi)有熄火保護(hù)和安全報(bào)警功能，有的甚至連電子點(diǎn)火功能都沒(méi)有，還需要人工使用本生燈點(diǎn)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(jì)和生產(chǎn)加熱板（墻）的公司在這方面完善一下，實(shí)際上，這些都是很成熟的技術(shù)，不是很難做到的。

由于紅外線中波長(zhǎng)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(shí)間內(nèi)會(huì)急劇升高，如果不加以控制，就會(huì)造成瀝青的氧化甚至著火。對(duì)此，比較常見(jiàn)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(dá)到需要的溫度和軟化深度。

七．應(yīng)用實(shí)例

實(shí)例一：我們給國(guó)內(nèi)某公司研發(fā)配套的加熱墻，有關(guān)參數(shù)如下：

實(shí)測(cè)的加熱效果如下（環(huán)境溫度25℃）：

尤其請(qǐng)大家注意的是，我們所配套的加熱墻的鼓風(fēng)機(jī)僅僅0.75kw，只有同類(lèi)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。