JD5000型沥青混凝土搅拌站“油改气”技术应用分析

2017-09-15叶健利

城市道桥与防洪 2017年8期

关键词：搅拌站重油燃烧器

叶健利

（广东冠粤路桥有限公司，广东广州 511400）

JD5000型沥青混凝土搅拌站“油改气”技术应用分析

叶健利

（广东冠粤路桥有限公司，广东广州 511400）

结合潮惠高速TJ1路面标JD5000沥青混凝土搅拌站进行的油改气技术改造项目，提出了改造工艺流程，并对燃烧残留物、加热稳定、除尘稳定等进行了质量管控，同时结合工程实践，分析了该油改气工程的经济与社会效果。

沥青混凝土搅拌站；油改气；技术应用；社会经济效益

0 引言

随着经济的快速发展，能源供需矛盾日益凸显。重油的能源消耗大、污染较大，采用重油作为燃料具有以下弊端：一是重油燃烧不够充分，产生的油烟除了对环境有污染外，还会造成燃烧装置、除尘布袋等的污染，在缩短其使用寿命的同时还给清洗维护带来极大的不便；二是重油中的杂质含量较高，热值含量不稳定，隐形耗费较大，对燃烧器、油泵、油嘴、布袋除尘等容易造成损害，增加设备的故障率，直接影响到工程施工成本和施工质量、进度等[1,2]。基于节约成本、节能减排及提高质量等多方面的考虑，结合国内相关经验，本项目部对潮惠高速TJ1路面标JD5000型沥青混凝土搅拌站进行了油改气技术改造，为类似工程提供参考。

1 油改气的技术分析

1.1 油与天然气的燃烧机理区别

重油、柴油等燃料油的主要成分为烷族、烯族和芳香族等。燃料油的燃烧是多相反应。燃料油供油系统比较复杂，一般由贮罐通过供油泵、过滤器、加压油泵送至燃烧装置。

天然气中90%以上是甲烷，并含有少量的乙烷、丙烷、丁烷及二氧化碳等。天然气与助燃剂（空气中的氧气）均为气体，天然气的燃烧过程为均相反应，因此比燃油过程简单得多，其过程为：混合，着火，燃烧。

由于燃料原始状态不同，供料压力不同，燃烧机理不一样，要实现油改气技术改造，需对燃料供给系统即管道、调压、计量装置、燃烧装置、控制系统等进行改造、升级。

1.2 油改气的工艺流程

（1）供气方式的选择

天然气是以气态燃用，但储运方式有管输天然气（PNG）、压缩天然气（CNG）、液化天然气（LNG）等多种形式。结合项目所在地的情况，本项目部经过分析比较，选用液化天然气（LNG）作为供气方式。

（2）气化、调压设备和管道设计安装

LNG的气化、调压工艺流程见图1。气化器一般采用空温式气化器，以充分利用LNG的冷能来节省能源。

图1 LNG气化流程图

调压与BOG（Boil Off Gas,它是液化天然气由于系统漏热而蒸发的气体）的处理要结合起来考虑，使得BOG气体得到回收利用。储罐和其他部位产生的BOG气体经加热后，经调压、计量后进入出站管道。因本项目所处地理位置、气候条件以及沥青混凝土搅拌站的使用要求，仅安装了LNG储罐、空温式气化器、自增压气化器、调压装置、计量装置。本项目设计时就考虑适当增加供气管直径以及长度，利用管道来达到BOG气体的回收储存作用。

根据有关经验结合本项目沥青混凝土搅拌站的使用要求，主管道选用DN150无缝钢管，导热油炉选用DN100与DN50无缝钢管作为供气管道，经过3个月的运转，供气管道运行正常。

（3）沥青搅拌设备加热系统的改造

沥青搅拌设备加热系统可以在原燃油燃烧器的基础上进行改造，增加燃气功能，也可以将其直接更换为燃油、燃气两用燃烧器或燃气燃烧器。以本项目西筑JD5000型沥青混凝土搅拌站为例，它所采用的燃烧器为意大利欧保EBS3000GNQ油气两用型。经可行性研究并与中交西安筑路机械有限公司售后服务联络，最终确定利用原燃烧器，由中交西安筑路机械有限公司负责提供技术支持。JD5000型沥青混凝土搅拌站用燃气取代燃油技改后，燃烧器点火迅速，燃烧充分稳定，火焰颜色发蓝，形状调整便捷。

2 质量管控分析

天然气具有安全、洁净、热值高、燃烧产物少、加热温度控制稳定，能够减少二氧化碳和粉尘排放量等特点，作为沥青混凝土搅拌站加热燃料，对混合料质量有以下诸多优势。

2.1 燃烧残留物控制

由于柴油、重油作为搅拌设备燃料燃烧不充分，未燃烧部分重油会喷洒粘附在石料上，当集料与沥青拌合时也就粘附在沥青上；柴油和沥青均为石油化工产品，同属高分子材料，沥青可以溶解于重油中。当沥青混合料受到重油侵蚀后，沥青很容易在轻质油中溶解，造成沥青膜从集料表面脱落，使沥青与集料的粘结力下降，在荷载、高温和雨水综合作用下，铺筑在路上的沥青混合料会出现软化而松散，继而形成坑槽、推移变形等早期损坏现象，严重影响路面使用性能及行车安全。

天然气作为搅拌设备燃料可以避免石料在加热过程中受到油渣等有害物质侵蚀污染，石料表面清洁，开口空隙全部张开，增加了沥青石料的吸附力，改善了沥青混合料搅拌性能，提高了沥青混合料的搅拌质量，并且其马歇尔稳定度、水稳定性等各项指标均有大幅度提高，延长了沥青路面的使用寿命。

图2分别为使用重油和天然气作为燃料燃烧后，将集料放在水里的效果。二者比较可以明显看出采用天然气作为燃料烧出来的集料水较清，而采用重油作为燃料烧出来的集料多了一层薄薄的油层。

图2 重油和天然气燃烧集料后放在水里的效果

2.2 加热稳定性控制

温度控制是决定沥青施工质量成败的关键因素。当沥青混合料温度过高时，会引起沥青加速老化，沥青粘滞度变小，摊铺碾压时会出现推移；温度较低时，沥青粘滞度增大，使沥青混合料无法有效被压实。控制好沥青的施工温度也就在一定程度上控制了压实度和空隙率的变异。混合料温度离析更不利于现场压实度、平整度的控制，严重影响路面耐久性和安全性。无核检测压实稳定性对比[3]见图3。从图3可以明显看出，采用天然气时现场无核检测压实密度、孔隙率离散均匀性均明显优于采用燃油时。

图3 无核检测压实稳定性对比

使用柴油、重油作为搅拌设备燃料时，其燃烧不充分、热值不稳定，拌合时残留在集料内的水分不能彻底蒸发，会降低集料与沥青的粘附性，容易剥落；采用天然气作为燃料时，其燃烧充分、热值稳定，混合料搅拌均匀，无花白，能保证混合料质量。两者的温度稳定性对比如表1所示。

表1 JD5000型沥青混凝土搅拌站油改气温度稳定性检测对比

从表1看出，JD5000型沥青混凝土搅拌站经油改气后，加热拌合温度检测结果显示其温度稳定性明显优于燃油改造前。

2.3 除尘稳定性分析

采用天然气燃烧后几乎没有任何残留物，粉尘干燥、无杂质，干燥的粉尘与布袋没有吸附力，对布袋污染较小，减少了对布袋的清洗及更换次数，除尘系统畅通无阻，粉尘排放量控制稳定，而使用重油和柴油对除尘布袋有极大损害，由于重油燃烧不完全，产生的油烟会糊住布袋，从而影响除尘效果（见图4）。在沥青路面施工中除尘效果不佳将会严重影响沥青混合料的质量；粉尘过多容易与沥青胶结成团，不易分散，并降低沥青的粘附包裹性，摊铺碾压后容易出现油斑现象。

图4 重油燃烧后除尘布袋粘附油烟粉尘严重

3 经济效益分析

3.1 直接成本分析

对天然气、柴油和重油的成本按目前的市场价格与公司大中型设备能耗指标进行分析，具体数据见表2。天然气与柴油相比，可节省2.17元/t；天然气与柴油+重油比较，可节省0.5元/t。

3.2 间接成本分析

燃油与燃气的间接成本对比见表3。燃气与燃柴油相比，每10万t沥青混凝土可节省17.64万元；燃气与燃重油相比，每10万t沥青混凝土可节省26.05万元。按潮惠项目沥青混凝土90万t计算，燃气可比燃柴油节省158.76万元，比燃柴油+重油节省234.45万元。

表2 直接成本分析对比

表3 间接成本对比（按10万t沥青混凝土计算）

3.3 可回收利用分析

因为采用天然气作为加热燃料，沥青混凝土搅拌站产生的回收粉质量高，经检测达到二级灰的标准。本项目部在沥青混凝土搅拌站加装回收粉罐进行回收利用，在经过试验检验合格的前提下替代部分粉煤灰，可以就地解决，全部利用，既能产生经济效益又能减少环境污染。从表4可见，仅替代粉煤灰一项就可以节省110多万元。相较以前把回收粉直接作为废粉丢弃处理，采用天然气作为加热燃料既能产生经济效益又能保护环境。

表4 回收粉替代粉煤灰比较

3.4 环保、减排、安全分析

油改气清洁环保，能减少环境污染。从表5可以看出，JD5000型沥青混凝土搅拌站用燃气取代燃油后，燃烧器的排烟气黑度小于Ⅰ级；烟尘排放浓度降低了20.8%。从以上分析可以看出，油改气除具有很好的节能效果外，还具有卓越的环保效果，说明天然气是一种优质、高效的清洁能源。此外，使用LNG比使用柴重油更为安全可靠，其燃点为650℃，比汽油高227℃，比柴油高430℃；爆炸极限为5%～15%；气相密度为0.772 kg/m3左右，比空气轻得多，稍有泄漏立即飘逸飞散，不致引起爆炸。同时，天然气的价格波动小，对成本的可控性较高。