JD5000型瀝青混凝土攪拌站“油改氣”技術(shù)應(yīng)用分析

葉健利

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511400）

JD5000型瀝青混凝土攪拌站“油改氣”技術(shù)應(yīng)用分析

葉健利

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511400）

結(jié)合潮惠高速TJ1路面標(biāo)JD5000瀝青混凝土攪拌站進(jìn)行的油改氣技術(shù)改造項(xiàng)目，提出了改造工藝流程，并對(duì)燃燒殘留物、加熱穩(wěn)定、除塵穩(wěn)定等進(jìn)行了質(zhì)量管控，同時(shí)結(jié)合工程實(shí)踐，分析了該油改氣工程的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效果。

瀝青混凝土攪拌站；油改氣；技術(shù)應(yīng)用；社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源供需矛盾日益凸顯。重油的能源消耗大、污染較大，采用重油作為燃料具有以下弊端：一是重油燃燒不夠充分，產(chǎn)生的油煙除了對(duì)環(huán)境有污染外，還會(huì)造成燃燒裝置、除塵布袋等的污染，在縮短其使用壽命的同時(shí)還給清洗維護(hù)帶來(lái)極大的不便；二是重油中的雜質(zhì)含量較高，熱值含量不穩(wěn)定，隱形耗費(fèi)較大，對(duì)燃燒器、油泵、油嘴、布袋除塵等容易造成損害，增加設(shè)備的故障率，直接影響到工程施工成本和施工質(zhì)量、進(jìn)度等[1,2]?；诠?jié)約成本、節(jié)能減排及提高質(zhì)量等多方面的考慮，結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目部對(duì)潮惠高速TJ1路面標(biāo)JD5000型瀝青混凝土攪拌站進(jìn)行了油改氣技術(shù)改造，為類似工程提供參考。

1 油改氣的技術(shù)分析

1.1 油與天然氣的燃燒機(jī)理區(qū)別

重油、柴油等燃料油的主要成分為烷族、烯族和芳香族等。燃料油的燃燒是多相反應(yīng)。燃料油供油系統(tǒng)比較復(fù)雜，一般由貯罐通過(guò)供油泵、過(guò)濾器、加壓油泵送至燃燒裝置。

天然氣中90%以上是甲烷，并含有少量的乙烷、丙烷、丁烷及二氧化碳等。天然氣與助燃劑（空氣中的氧氣）均為氣體，天然氣的燃燒過(guò)程為均相反應(yīng)，因此比燃油過(guò)程簡(jiǎn)單得多，其過(guò)程為：混合，著火，燃燒。

由于燃料原始狀態(tài)不同，供料壓力不同，燃燒機(jī)理不一樣，要實(shí)現(xiàn)油改氣技術(shù)改造，需對(duì)燃料供給系統(tǒng)即管道、調(diào)壓、計(jì)量裝置、燃燒裝置、控制系統(tǒng)等進(jìn)行改造、升級(jí)。

1.2 油改氣的工藝流程

（1）供氣方式的選擇

天然氣是以氣態(tài)燃用，但儲(chǔ)運(yùn)方式有管輸天然氣（PNG）、壓縮天然氣（CNG）、液化天然氣（LNG）等多種形式。結(jié)合項(xiàng)目所在地的情況，本項(xiàng)目部經(jīng)過(guò)分析比較，選用液化天然氣（LNG）作為供氣方式。

（2）氣化、調(diào)壓設(shè)備和管道設(shè)計(jì)安裝

LNG的氣化、調(diào)壓工藝流程見(jiàn)圖1。氣化器一般采用空溫式氣化器，以充分利用LNG的冷能來(lái)節(jié)省能源。

圖1 LNG氣化流程圖

調(diào)壓與BOG（Boil Off Gas,它是液化天然氣由于系統(tǒng)漏熱而蒸發(fā)的氣體）的處理要結(jié)合起來(lái)考慮，使得BOG氣體得到回收利用。儲(chǔ)罐和其他部位產(chǎn)生的BOG氣體經(jīng)加熱后，經(jīng)調(diào)壓、計(jì)量后進(jìn)入出站管道。因本項(xiàng)目所處地理位置、氣候條件以及瀝青混凝土攪拌站的使用要求，僅安裝了LNG儲(chǔ)罐、空溫式氣化器、自增壓氣化器、調(diào)壓裝置、計(jì)量裝置。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)就考慮適當(dāng)增加供氣管直徑以及長(zhǎng)度，利用管道來(lái)達(dá)到BOG氣體的回收儲(chǔ)存作用。

根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合本項(xiàng)目瀝青混凝土攪拌站的使用要求，主管道選用DN150無(wú)縫鋼管，導(dǎo)熱油爐選用DN100與DN50無(wú)縫鋼管作為供氣管道，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的運(yùn)轉(zhuǎn)，供氣管道運(yùn)行正常。

（3）瀝青攪拌設(shè)備加熱系統(tǒng)的改造

瀝青攪拌設(shè)備加熱系統(tǒng)可以在原燃油燃燒器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，增加燃?xì)夤δ埽部梢詫⑵渲苯痈鼡Q為燃油、燃?xì)鈨捎萌紵骰蛉細(xì)馊紵?。以本?xiàng)目西筑JD5000型瀝青混凝土攪拌站為例，它所采用的燃燒器為意大利歐保EBS3000GNQ油氣兩用型。經(jīng)可行性研究并與中交西安筑路機(jī)械有限公司售后服務(wù)聯(lián)絡(luò)，最終確定利用原燃燒器，由中交西安筑路機(jī)械有限公司負(fù)責(zé)提供技術(shù)支持。JD5000型瀝青混凝土攪拌站用燃?xì)馊〈加图几暮螅紵鼽c(diǎn)火迅速，燃燒充分穩(wěn)定，火焰顏色發(fā)藍(lán)，形狀調(diào)整便捷。

2 質(zhì)量管控分析

天然氣具有安全、潔凈、熱值高、燃燒產(chǎn)物少、加熱溫度控制穩(wěn)定，能夠減少二氧化碳和粉塵排放量等特點(diǎn)，作為瀝青混凝土攪拌站加熱燃料，對(duì)混合料質(zhì)量有以下諸多優(yōu)勢(shì)。

2.1 燃燒殘留物控制

由于柴油、重油作為攪拌設(shè)備燃料燃燒不充分，未燃燒部分重油會(huì)噴灑粘附在石料上，當(dāng)集料與瀝青拌合時(shí)也就粘附在瀝青上；柴油和瀝青均為石油化工產(chǎn)品，同屬高分子材料，瀝青可以溶解于重油中。當(dāng)瀝青混合料受到重油侵蝕后，瀝青很容易在輕質(zhì)油中溶解，造成瀝青膜從集料表面脫落，使瀝青與集料的粘結(jié)力下降，在荷載、高溫和雨水綜合作用下，鋪筑在路上的瀝青混合料會(huì)出現(xiàn)軟化而松散，繼而形成坑槽、推移變形等早期損壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響路面使用性能及行車安全。

天然氣作為攪拌設(shè)備燃料可以避免石料在加熱過(guò)程中受到油渣等有害物質(zhì)侵蝕污染，石料表面清潔，開(kāi)口空隙全部張開(kāi)，增加了瀝青石料的吸附力，改善了瀝青混合料攪拌性能，提高了瀝青混合料的攪拌質(zhì)量，并且其馬歇爾穩(wěn)定度、水穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)均有大幅度提高，延長(zhǎng)了瀝青路面的使用壽命。

圖2分別為使用重油和天然氣作為燃料燃燒后，將集料放在水里的效果。二者比較可以明顯看出采用天然氣作為燃料燒出來(lái)的集料水較清，而采用重油作為燃料燒出來(lái)的集料多了一層薄薄的油層。

圖2 重油和天然氣燃燒集料后放在水里的效果

2.2 加熱穩(wěn)定性控制

溫度控制是決定瀝青施工質(zhì)量成敗的關(guān)鍵因素。當(dāng)瀝青混合料溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)引起瀝青加速老化，瀝青粘滯度變小，攤鋪碾壓時(shí)會(huì)出現(xiàn)推移；溫度較低時(shí)，瀝青粘滯度增大，使瀝青混合料無(wú)法有效被壓實(shí)?？刂坪脼r青的施工溫度也就在一定程度上控制了壓實(shí)度和空隙率的變異?；旌狭蠝囟入x析更不利于現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度、平整度的控制，嚴(yán)重影響路面耐久性和安全性。無(wú)核檢測(cè)壓實(shí)穩(wěn)定性對(duì)比[3]見(jiàn)圖3。從圖3可以明顯看出，采用天然氣時(shí)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)核檢測(cè)壓實(shí)密度、孔隙率離散均勻性均明顯優(yōu)于采用燃油時(shí)。

圖3 無(wú)核檢測(cè)壓實(shí)穩(wěn)定性對(duì)比

使用柴油、重油作為攪拌設(shè)備燃料時(shí)，其燃燒不充分、熱值不穩(wěn)定，拌合時(shí)殘留在集料內(nèi)的水分不能徹底蒸發(fā)，會(huì)降低集料與瀝青的粘附性，容易剝落；采用天然氣作為燃料時(shí)，其燃燒充分、熱值穩(wěn)定，混合料攪拌均勻，無(wú)花白，能保證混合料質(zhì)量。兩者的溫度穩(wěn)定性對(duì)比如表1所示。

表1 JD5000型瀝青混凝土攪拌站油改氣溫度穩(wěn)定性檢測(cè)對(duì)比

從表1看出，JD5000型瀝青混凝土攪拌站經(jīng)油改氣后，加熱拌合溫度檢測(cè)結(jié)果顯示其溫度穩(wěn)定性明顯優(yōu)于燃油改造前。

2.3 除塵穩(wěn)定性分析

采用天然氣燃燒后幾乎沒(méi)有任何殘留物，粉塵干燥、無(wú)雜質(zhì)，干燥的粉塵與布袋沒(méi)有吸附力，對(duì)布袋污染較小，減少了對(duì)布袋的清洗及更換次數(shù)，除塵系統(tǒng)暢通無(wú)阻，粉塵排放量控制穩(wěn)定，而使用重油和柴油對(duì)除塵布袋有極大損害，由于重油燃燒不完全，產(chǎn)生的油煙會(huì)糊住布袋，從而影響除塵效果（見(jiàn)圖4）。在瀝青路面施工中除塵效果不佳將會(huì)嚴(yán)重影響瀝青混合料的質(zhì)量；粉塵過(guò)多容易與瀝青膠結(jié)成團(tuán)，不易分散，并降低瀝青的粘附包裹性，攤鋪碾壓后容易出現(xiàn)油斑現(xiàn)象。

圖4 重油燃燒后除塵布袋粘附油煙粉塵嚴(yán)重

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 直接成本分析

對(duì)天然氣、柴油和重油的成本按目前的市場(chǎng)價(jià)格與公司大中型設(shè)備能耗指標(biāo)進(jìn)行分析，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。天然氣與柴油相比，可節(jié)省2.17元/t；天然氣與柴油+重油比較，可節(jié)省0.5元/t。

3.2 間接成本分析

燃油與燃?xì)獾拈g接成本對(duì)比見(jiàn)表3。燃?xì)馀c燃柴油相比，每10萬(wàn)t瀝青混凝土可節(jié)省17.64萬(wàn)元；燃?xì)馀c燃重油相比，每10萬(wàn)t瀝青混凝土可節(jié)省26.05萬(wàn)元。按潮惠項(xiàng)目瀝青混凝土90萬(wàn)t計(jì)算，燃?xì)饪杀热疾裼凸?jié)省158.76萬(wàn)元，比燃柴油+重油節(jié)省234.45萬(wàn)元。

表2 直接成本分析對(duì)比

表3 間接成本對(duì)比（按10萬(wàn)t瀝青混凝土計(jì)算）

3.3 可回收利用分析

因?yàn)椴捎锰烊粴庾鳛榧訜崛剂?，瀝青混凝土攪拌站產(chǎn)生的回收粉質(zhì)量高，經(jīng)檢測(cè)達(dá)到二級(jí)灰的標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目部在瀝青混凝土攪拌站加裝回收粉罐進(jìn)行回收利用，在經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)合格的前提下替代部分粉煤灰，可以就地解決，全部利用，既能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益又能減少環(huán)境污染。從表4可見(jiàn)，僅替代粉煤灰一項(xiàng)就可以節(jié)省110多萬(wàn)元。相較以前把回收粉直接作為廢粉丟棄處理，采用天然氣作為加熱燃料既能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益又能保護(hù)環(huán)境。

表4 回收粉替代粉煤灰比較

3.4 環(huán)保、減排、安全分析

油改氣清潔環(huán)保，能減少環(huán)境污染。從表5可以看出，JD5000型瀝青混凝土攪拌站用燃?xì)馊〈加秃?，燃燒器的排煙氣黑度小于Ⅰ?jí)；煙塵排放濃度降低了20.8%。從以上分析可以看出，油改氣除具有很好的節(jié)能效果外，還具有卓越的環(huán)保效果，說(shuō)明天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效的清潔能源。此外，使用LNG比使用柴重油更為安全可靠，其燃點(diǎn)為650℃，比汽油高227℃，比柴油高430℃；爆炸極限為5%～15%；氣相密度為0.772 kg/m3左右，比空氣輕得多，稍有泄漏立即飄逸飛散，不致引起爆炸。同時(shí)，天然氣的價(jià)格波動(dòng)小，對(duì)成本的可控性較高。

表5 油改氣后各項(xiàng)環(huán)保檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)油改氣實(shí)踐工程的技術(shù)分析與經(jīng)濟(jì)效益比較，可知油改氣可以加快工程進(jìn)度，提高瀝青混凝土的質(zhì)量，清潔環(huán)保，安全可靠，節(jié)省成本，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]曹貴林，張耀磊，楊偉.瀝青拌和樓油改氣技術(shù)的應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2012（8）：187-189.

[2]張海.瀝青拌和站油改氣技術(shù)的應(yīng)用 [J].甘肅科技縱橫，2014, 43(7)：37-39.

[3]JTGF 40—2004，公路工程瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

U415.5

B

1009-7716（2017）08-0199-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.061

2017-04-01

葉健利（1979-），男，廣東臺(tái)山人，工程師，從事路橋建設(shè)工作。