沥青拌合站骨料加热系统油改煤技术应用

吴志祥

(中铁十一局集团第二工程有限公司 十堰市 442013)

喀伊公路为新疆“建设西部交通枢纽中心和万里高速大通道”重要战略规划项目之一。其中喀伊公路Y1K0+957.7～K46+000路面施工任务，总长45042.3m，预计沥青混凝土用量43万吨。一般而言，按生产1t沥青混合料约需高热值的重油7kg计算，该标段施工需重油3010t，约需资金1050万元。而同期重油供应缩紧，价格呈上涨趋势。如果能针对性改进燃料使用方案，将会节省可观的资金投入，提升项目盈利能力。

燃料消耗成本是沥青混凝土搅拌设备运行成本中最重要的组成部分。是否有可能通过技术改进找到燃油替代品并实现相同的骨料加热效果，从而大大降低机械使用的成本，进一步降低建筑公司的生产成本，提高利润率，保证企业竞争力是非常重要的问题。

在前述调研基础上，在喀伊公路分项目投标开始就积极探索油改煤技术方面的问题，通过市场调查及技术方案比选，确定采用油改煤技术进行骨料的加热。

1 油改煤技术应用

伴随着石油成本上涨，油改煤技术在工程领域逐渐推广应用。原沥青混合料骨料加热系统采用高热值的原油提炼剩余物重油，安全运维成本较高。本项目结合日工4000型沥青拌和楼的特点及燃料需求，采用南阳亚龙Y6SMF系列煤粉燃烧装置的油煤技术。下面介绍其主要参数。

1.1 主要技术参数

南阳亚龙Y6SMF系列煤粉燃烧装置各备选型号主要参数情况。

表1 煤粉燃烧装置各备选型号主要参数

注：1.煤粉燃烧器适用于燃烧的烟煤和硬质褐煤，挥发份≥26%，全水分≤6%，硫含量<1%；

2.燃煤能力是指在标准的状态下，对应煤粉燃烧器燃烧的煤粉低位发热量Qdw=5450kcal/kg，细度R90≤25%时的燃烧能力

1.2 工作原理

油改煤技术的核心工作原理为采用微细粒径煤粉取代分子量大、粘度高的重油，并能支撑可靠的联合循环燃烧系统。该系统通过三次送风实现细微煤粉的饱和燃烧，燃料利用率接近95%。

当通过煤喷粉机粉碎粒径不大于20mm的原煤后，一次空气带动细微粉状煤粉微粒，以低阻尼方式通过连接软管，空气煤粉形成均匀混合物。随后，混合物高速喷射到煤粉燃烧器炉腔并通过稳燃盘湍流扩散再循环，并由炉腔周围的高温火焰辐射。粉煤空气均匀混合物迅速加热到点火温度并点燃，燃烧并释放大量热量。

二次空气沿煤粉燃烧器风箱端部处环形管的内壁旋转内腔中，在壁面效应的作用下，夹带燃烧热量变成高温烟道气流。在该区域，它与粉煤空气混合物形成稳燃区，确保了后续粉煤的连续性，实现有效且稳定的燃烧。二次空气还可以将粉煤火焰与粉煤燃烧器的内壁分离以避免接触。将烧焦的灰从炉腔吹走，以减少粉煤燃烧器内壁上的炉渣。

三次空气通过粉煤燃烧器鼓风口中的环形管道进入，并在粉煤燃烧器外部的后续燃烧区中与未燃烧的粉煤完全燃烧。通过这种燃烧过程，原煤的能量被完全释放，产生大量的热量，可以加热和干燥相应的材料。

1.3 设备配套装置

Y6SMF煤粉燃烧装置包括磨煤喷粉机、连接软管、输粉风机、炉身-燃烧室、喷火口、导热装置等。

(1)主体部分

Y6SMF系列煤粉燃烧装置的主要部件是粉煤燃烧器，其包括喷射口、炉体、框架体、波纹管、供气系统、燃烧器等。

(2)助燃系统

该系统由储罐、齿轮油泵、电动机、安全阀和高压软管、快速接头、油脂枪、燃料喷射器等组成，燃料通常为柴油。

该系统仅在点火开始时用于预热粉煤燃烧器的炉腔。常规助燃时间区间为180～300s，一般在粉煤空气混合物达到连续的自燃状态，即可切换到关闭。

(3)电器系统

系统电器均配有自动保护装置，以确保电气系统的安全使用，此外可根据用户需求，配置热电偶等传感装置，进行温度或热量的自动反馈调节。

(4)架体部分

该部件采用 “工”型45号钢材焊接，便于运输和安装。 燃烧器高温腔体的旋转具有低速、平稳、可靠的特点，能及时排出燃烧器中的炉渣，有利于设备长期良好的循环燃烧性能。

(5)供风系统

该系统包括相应的风扇、供气管道、风量控制阀等。根据用户的实际温度需求，可以合理调节助燃风量，操作简单方便。

2 油改煤技术要求和注意事项

2.1 设备方面要求

结合加热系统指标参数，提出了燃烧炉与磨煤喷粉机相互匹配的要求。

燃烧炉与煤粉输送系统之间的匹配是由项目用拌和楼的设计产能所决定的。拌和楼较大的产量对应较大的加热量，研磨喷粉机的输出流量也要大，才能保证正常工作。

沥青拌和楼油改煤成套技术方案中，原计划设计使用一台燃烧炉匹配三台中等功率的磨煤喷粉机，考虑到设备及设计余量，修正为3台大功率设备，确保使用稳定性。

2.2 煤质的要求

煤炭的成分、粒径、热值决定了燃烧的质量，对煤质作如下技术要求：

(1)进料粒径<15mm，研磨后粒径须控制在约200目(±10%)。

(2)根据调研结果，以大同煤为标准，热量≥5500kcal/kg。

(3)挥发物百分比≥25%，达到挥发份时燃点升高，燃烧困难。

(4)灰份即为混合物燃烧残留物，严格控制在≤12%的范围内。较低的灰份含量有助于提高发热量，降低炉渣含硫量，便于清渣工作进行。

(5)严格控制粉煤含水量，干燥煤粉有利于混合物混合，使得燃烧更充分。

(6)出于安全因素，煤灰燃点应高于1430℃。

2.3 注意事项

(1)大部分高速公路建设于郊野甚至山区，混合场地多为临时用地。在考虑场地的布局时，应留出足够的空间来堆放煤炭。在开始施工之前，充分考虑可能的增产计划，以避免由于不准确的购买或临时购买引起的质量波动。

(2)一般而言，煤粉燃烧会产生灰份，而灰份的增多加大了除尘的工作量。为提高除尘效果建议调节风门增大除尘箱内负压，同时加强监控力度防止出现排粉不及时等现象发生。

(3)煤的储存应用棚子覆盖，以防止雨水浸泡。 如果湿度太大，应将其烘干至低含水量。

(4)煤粉燃烧易产生二氧化硫，增加骨料的酸性。可采用一定配比的石灰水进行碱性冲洗。

(5)煤粉燃烧器炉头砖由耐高温铸造材料制成，铸造体非常致密。首次使用粉煤燃烧器时，必须用木材或煤炭进行烘烤，以有效去除设备中的水分。 烘烤方法如下：以25℃/h升至110℃保温6个小时以上；以40℃/h升至400℃保温6个小时以上。在烘烤过程中，应严格控制温度梯度，温升不应太快。过高的温度梯度容易导致炉身损坏。

3 油改煤技术经济效益分析

工程所需的沥青混凝土全部由日工NBD320ABZ沥青拌合站拌和。根据路面项目的多年施工经验和数据统计，沥青拌合站使用重油加热骨料生产出一吨成品沥青混合料的消耗值为7.0kg；而改为煤加热生产出一吨成品沥青混合料的消耗值为12kg。目前沥青拌和楼采用180#重油，市场价格为4600元/t，而粉煤的市场价格仅为660元/t。

沥青混凝土拌合站使用不同燃料加热，生产每吨沥青混合料的成本对比如表1所示。

表1 沥青混合料的生产成本对比

项目共计生产沥青混合料426799.5t，分别计算油改煤技术应用前后使用成本，具体如下所示：

(1)加热燃料(重油)共需花费=426799.5×7/1000×4600=13742943.9元；

(2)加热燃料 (煤粉)共需花费=426799.5×12/1000×660+550000=3930252.04.88元(考虑煤粉燃烧系统设备安装费用55万元)。

综合考虑经济成本，合理推行油改煤技术，可直接节约成本9812691元，经济效益显著。

4 结论

沥青混合料加热燃油改煤技术具有很强的技巧性，多个施工单位或项目均在探索其应用条件及规范，但使用效果不尽相同。

从日工4000型沥青拌和楼燃油改煤成套技术使用情况来看，在保有优质燃煤的基础上，采用适合选定拌和楼的燃烧炉，配合工作性能可靠的研磨、燃烧设备部件，加之以规范化技术管理，油改煤技术的使用效果显著。

油改煤技术的应用具有良好的经济效益和广泛的应用前景，尤其是燃油成本逐年升高的基础上，则更突显出燃煤技术的优势，特别适合煤炭资源丰富地区高速公路沥青混凝土路面的施工。