沥青拌合站PMC 新型燃料在路面施工中应用的研究

2023-03-23于伟鹏

中国科技纵横 2023年24期

于伟鹏

（中交二公局第三工程有限公司，陕西西安 710016）

1 国内外现状及发展趋势

1.1 国外发展现状及趋势

沥青拌合站是制备沥青混凝土的关键设备，主要由烘干加热系统、振动筛分系统等组成。通常情况下，骨料需要在160 ～180℃范围内加热才能取得理想烘干效果，并且骨料烘干也需要持续稳定的热量供应。因此，沥青拌合站使用的加热燃料及其配套的燃料器是影响沥青混凝土质量的关键。

最初，国外燃料以燃油为主，为能够保证燃油燃烧，德国研发了涡流喷射式燃烧器。20 世纪80 年代初，国际石油危机爆发，国外开始对水煤浆进行研发。但在水煤浆使用时，其中水分的蒸发需要消耗部分燃料燃烧热量，导致运行成本增加，沥青拌合站工作效率低。因此，在水煤浆的基础上，研发固体燃料是一种新的发展趋势。

随着技术的发展，20 世纪90 年代德国已经开始研发替代水煤浆的固体燃料和与之配套使用的燃烧器。固体燃料及其燃烧器配合使用解决了水煤浆运行成本高、沥青拌合站工作效率低的问题，而且通过添加助燃剂，提高固体燃料燃尽率，降低污染物排放，减少了环境污染。随着技术的发展，国外发达国家固体燃料及配套燃料器在沥青混凝土拌合站得到了广泛使用。

1.2 国内发展现状和趋势

20 世纪60 年代，我国开始沥青拌合设备生产制造，燃料以燃油为主。由于我国属于“富煤、少气、贫油”的国家，煤炭在我国分布广泛，且运输方便、成本低，用煤炭替代燃油作为沥青拌合站燃料是发展趋势。我国的水煤浆研究工作起步于20 世纪80 年代初，1983 年3 月我国第一批水煤浆试燃烧成功，至今我国沥青拌合站仍然以水煤浆为主要燃料，部分使用燃油为燃料。而部分使用固体燃料的沥青拌合站主要依赖进口，每套固体燃料及燃烧器在500 万元人民币以上，价格昂贵，生产成本高。

为突破国际技术壁垒，我国加大力量开展了对固体燃料和燃烧器的研究力度。前期研发了PMC（碳百分比）固体燃料，但是容易复吸空气中水分，而且粒度较大导致燃料燃尽率低，降低了沥青搅拌站工作效率，造成了资源浪费，同时存在污染物排放等问题。以提高 PMC固体燃料燃尽率、降低污染物排放为目标，继续对现有PMC 固体燃料进一步研发，开发了一种新型固体燃料（PMC）及其燃烧器。经过试用和检验检测，新型固体燃料（PMC）及其燃料器配合使用，燃料燃尽率高，污染物排放量低，且工艺稳定，具备推广的基础[1]。

2 在路面施工中应用PMC 新型燃料的重要性

目前，大多采用的是以燃烧油和中温煤焦油调和的燃料，但由于市场上煤焦油和燃烧油的质量非常不稳定，为沥青混合料生产带来了很多问题。比如，燃烧不充分产生的油膜裹覆在石料表面影响混合料质量，黏附在除尘布袋上造成沥青拌合站除尘系统故障，使生产过程中的气体排放严重污染。

PMC 燃料同柴油、天然气、重油相比，燃烧充分稳定，有良好的燃烧特性，而且PMC 燃料的热量值单价相对更低，燃烧效率高于重油，理论上PMC 燃料热量利用效率可以提高10%左右，比柴油便宜约60%，节约了设备维修费用，降低了设备的故障率，极大缩减了生产成本[2]。根据以往使用沥青拌合站项目经验数据及各类型燃烧器的技术参数，结合市场调查的原材料价格，对沥青热拌合站的各种类型燃料使用费用进行比较。

（1）2023 年，重油价格约5600 元/t，约5.6 元/kg，每吨沥青混凝土约使用6.5kg 重油，成本为36.4 元/t，燃烧重油存在一定污染情况，价格过高，不符合国家提倡的绿色建设方针[3]。

（2）2023 年，天然气价格约7600 元/t，约7.6/kg元，每吨沥青混凝土使用4.5 ～5kg 重油，成本为38 元/t，天然气燃烧较环保，但存在一定的安全隐患，并且前期安装与使用费用过高，手续烦琐。

（3）2023 年，PMC 燃料价格约2800 元/t，约2.8 元/kg，每吨沥青混凝土使用10kg 重油，成本为28 元/t。

综上所述，使用PMC 燃料用于沥青拌合站加热，混合料预计节约8 ～10 元/t。

3 PMC 新型燃料在路面施工中应用的优势

3.1 PMC 新型燃料的优势

（1）微细PMC 燃料在加热过程能够充分燃烧,确保沥青混合料的性能指标满足设计要求，从而实现固体废物零排放，是替代原煤、燃油、燃气的首选[4]。

（2）PMC 燃料清洁燃烧能够将PMC 燃烧效率提高25%，达到98%；热效率提高20%，达到88%以上，每0.5t PMC 燃料，便可达到一吨燃料的热量。PMC 燃料低硫、低水分，排放污染物少，对设备零部件损害小，不会发生燃油燃烧不充分而黏糊除尘布袋的情况。

（3）加热系统和燃料的燃烧效率在一定程度上决定了拌合设备生产效率的高低，相对于黏度高、杂质含量多、流动性差的重油来说，PMC 燃料燃烧效率高、洁净、无杂质，用作拌合楼的加热燃料，无论是拌合楼启动点火还是加大火力的速率均高于重油，所以沥青拌合楼用PMC燃料比重油和柴油在点火、火焰上升速率上更加快速，生产效率比重油、柴油、天然气高。

（4）减少机械设备的保养和维修率，PMC 燃料燃烧后残留物较少，无油滴颗粒产生，在一级和二级除尘系统中，绝大部分的粉尘经除尘布袋排出后集中处理，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，减少对布袋的清洗次数和更换频数，并且可以确保除尘系统畅通无阻[5]。

（5）PMC 燃料作为沥青混合料生产设备的燃料，对提高沥青混合料质量、降低生产成本、提高生产效率及降低环境污染有显著成效，PMC 燃料具有很大的推广应用价值。

3.2 技术创新方面的优势

3.2.1 PMC 新型燃料技术特点

（1）体积小，结构紧凑，故障率低，燃烧效率高，不结渣。

（2）燃烧器风机为混流式风机，采用变频调速技术调节风量和风压，节约电能。

（3）拥有先进的自动化控制系统及点火系统，PMC 燃料点火不需要柴油引燃，点火方便、迅速、安全，点燃后也不需要其他燃料伴燃,使用PMC 燃料加温综合成本低。

（4）先进的PMC 燃料供给系统保证了PMC 燃料供给的均匀性和燃烧的稳定性。

（5）独特的消音结构，噪声低。

（6）自动温控系统的骨料温度恒定、控制精度高。微细PMC 燃料低硫、低水分，排放污染物少,对设备零部件损害小，不会发生燃油燃烧不充分而容易黏糊除尘布袋的情况。

3.2.2 PMC 沥青拌合站专用燃烧器技术特点

（1）体积小热功率大，最大35MW。

（2）全变频控制，噪声小，节电30%左右。

（3）全触摸屏控制，结构简单，故障率极低。

（4）燃烧充分，排放环保。

（5）装机功率小，节能环保。

（6）无需预热，随用随开，安全便捷。

（7）模块化设计、转场、安装快捷，一车可以全部装完，一天即可完成安装调试。

（8）控制系统内置排风机变频控制功能，通过接线即可实现排风机根据负压大小自行控制，节约用电，每小时可节电100 元左右[6]。

（9）无需导热油与电热保温，整体运行成本低。

（10）2019 款控制系统增设了云控功能，可以实现远程操控与运行状态实时监控。

3.2.3 PMC 新型燃料控制系统技术特点

（1）开机启动快，关机简单，实现了一键操作。开机时，采用自动电子打火，操作简便，且点火耗费液化气量少。PMC 开机启动无需单独安装预热装置，在燃烧器内可自动燃烧。关机更加方便简单，完全采用自动化控制，只需操作员在机房内操作开关即可完成关机。

（2）该控制系统由PLC、变频器、低压电器、触摸屏组成，完成燃烧器的自动点火、手动调试、风/PMC(NG)比调节、火焰监测、失火保护、温度监测、负压监测等一系列与燃烧有关的控制与保护。主控PLC 采用三菱FX3U 系列，配合AD 模块、D/A 模块，采集骨料温度、尾气温度、滚筒负压信号，实时变频调节鼓风机风量、PMC 给料量，控制燃烧强度。低压电器提供系统配电和电机启停保护，触摸屏提供人机交互界面，实时系统监控、参数配置、故障报警。系统结构简单、稳定可靠，独特的风/PMC 比控制算法保证燃烧效率，降低废气废物排放，节能环保，是PMC 燃烧器的理想搭档和性能保证[7]。

3.2.4 PMC 燃料的技术关键

（1）制备增强型膨松剂，防止燃料复吸空气中水分。开发一种以氯化钠为基础原料的颗粒状增强型膨松剂，并控制新型固体燃料（PMC）原料中添加量在10‰～15‰。

（2）控制研磨时间和效率，控制原料水分含量，防止原料发生团聚效应。将燃料研磨至200 目筛通过率为93%以上，最终得到粒径在75 ～85um 的新型固体燃料（PMC)。

（3）设计保证新型固体燃料（PMC）燃烧、能够实现远程控制的燃烧器。设计PMC 燃料输送器、PMC 燃烧装置等结构，通过空气恒温预热、控制气料混合比、涡轮送风和环型物料喷嘴等，实现燃料稳定燃烧。同时，应用5G 网络传输的PMC 炜拓云监控系统，实现实时在线监控、调整，提高燃料燃尽率。