沥青拌和站油改气的技术应用

　　摘 要

　　以江门至罗定高速公路项目为例，沥青拌合站使用天然气为燃料，在路面工程的节能环保、成本降低、生产效率提高、工程质量提升等方面取得非常好的应用效果，具有较大的社会效益和经济效益，为后续类似项目提供了可借鉴的经验。

　　关键词

　　沥青拌合站 | 节能降耗 | 设备改造

　　0、引言

　　高速公路的路面大部分采用沥青路面方案，各类沥青混合料的出厂温度在150℃~175℃之间，在拌和加热过程中需要消耗大量能源。目前沥青混合料拌和站主要以柴油、重油作为供热燃料，燃烧排放数量巨大的二氧化硫、氮氧化合物、烟尘及苯、芳烃类有害物质，严重污染环境，对人体危害也很大[1]。使用天然气、煤制气替代柴油、重油作为沥青拌和设备的燃料，在节能减排、节约成本、提升沥青混合料质量方面具有显著优势，在当前建设绿色公路，生态环境保护被提上了国家战略层面的大背景下，该技术在越来越多的建设项目中推广应用，取得了较好的使用效果。本文在江罗高速公路项目沥青拌合站油改气的技术应用、资源消耗和定额的研究基础上，总结介绍相关应用过程、经济效果评价等情况。

　　1、工程概况

　　广东省江门至罗定高速公路(以下简称“江罗高速公路”)是广东省高速公路网规划中“四横”线的组成部分，于2016年12月28日建成通车，是连接珠三角地区和粤西的一条重要通道。路线起于江门市鹤山市共和镇(与江鹤高速公路相接)，向西途经新会、开平、高明及云浮市的新兴县、云城区、云安区，终于云浮市罗定市与罗阳高速公路、云岑高速公路相交，路线全长147.4km。

　　江罗高速公路的路面工程设计采用沥青路面方案，由四家信誉好、施工能力强的知名企业分四个合同段完成施工，总体工程规模大(沥青结构层工程量见表1)，项目严格按照路面工程标准化的要求，采用先进设备和施工工艺，首次在广东省内大型高速公路项目全线推行沥青拌和设备加热燃料使用液化天然气或煤制气的应用技术。

　　2、油改气技术的优点

　　2.1天然气、煤制气属于清洁能源

　　根据中国环境影响评估资料，每燃烧1t重油将排放CO23800kg、SO226kg、NO211kg、CO7.5kg、未燃烃0.8kg，严重污染大气环境，且对周围人员健康危害较大。液化天然气、煤制气燃烧残余物基本为CO2、水，且降低设备噪声，有效改善劳动环境。据测算，在江罗高速公路沥青拌合采用天然气、煤制气，减少重油消耗9768.68t，根据上述将减少CO237121t、SO2254t、NO2107t、CO73t、未燃烃7.8t，总计减少有害气体排放37564t，有较大的社会环保效益[5]。

　　2.2较好的经济效益

　　相比重油、煤制气等其他燃料，天然气燃烧后发出的热量被混合料吸收的比例最高，单位能耗最低，产生废气最少，最为节能环保，应优先选择使用天然气[2]。天然气、煤制气资源丰富，燃烧充分稳定，降低拌和设备的故障率和除尘袋等耗材的更换率，有效提高人工和设备的使用效率，综合考虑可降低成本和确保生产安全，具有良好的经济效益。根据江罗项目的研究测算，考虑改造和用地成本等，在建设期重油价格为4.68元/kg、天然气4.23元/kg、煤粉1.58元/kg的情况下，每1000m的沥青混凝土，对比使用重油，采用天然气时成本要节约4900元/1000m(6.04%)，采用煤制气时要节约18210元/1000m(22.45%)。

　　2.3有效提升沥青混合料的质量

　　重油、柴油等液体燃料的燃烧特性与气体燃料截然不同，或多或少将产生一定数量的残留物，加上空气供应和排烟不能时刻保持通畅，在燃烧不充分的情况下，将产生更多的固体残留物，对沥青与骨料的黏附性能影响更大;另外油料对沥青有溶解作用，容易导致沥青混合料松散，直接影响路面结构层的水稳定性。某工程项目对采取不同燃料加热的混合料以及废粉的各项性能指标的进行了试验[3]，结果表明采用天然气彻底避免了由于重油等燃料燃烧不充分导致的集料表面污染，提高了各类混合料与沥青的黏附性能。

　　2.4改造后的沥青拌合设备具有通用性

　　根据工程实际条件进行一次性改造沥青拌合设备的燃烧系统，同一套设备可以同时具有燃烧重油、天然气/煤制气两套系统，企业可以根据重油、天然气、煤粉的市场价格来选择燃料形式，见表3。

　　3、 “油改气”的改造方法

　　沥青拌合站油改气的改造包括建立燃气存储站、管道系统安装、燃烧系统、操控系统、安全保障装置等。

　　3.1供气系统

　　在建设条件无外部管道直接接入的情况下，液化天然气和煤制气作为燃料时需要由专业的供气单位建立燃气存储站，需要通过消防报验和技术监督局报验，完工后必须通过验收[4]。液化天然气存储还应与拌合设备保持一定的安全距离，并设置解压设备和专用的输气管道，其中解压设备是关键，由于储存罐中的天然气以液态形式存在，压力较大，约为18~20MPa，而燃烧器部分需要的气压在0.3~0.5MPa之间，有必要时应进行多级减压。

　　3.2燃烧系统

　　通常需要专业设备商对沥青拌和设备的燃烧系统进行改造，确保系统气密性尤为关键。改造的内容主要包括:拆除原来的燃油燃烧器，对炉膛和排烟管道进行全面清理;拆除燃烧器接口法兰，更换成天然气/煤制气和重油/柴油两用燃烧器的接口，然后安装新的两用燃烧器;安装燃气阀门管道和阀门检漏装置，对管道进行测漏检查;重新连接电气线路，点火正常后接通燃气管路，确保燃气系统电器使用正常。点火前检查燃气压力，确保管路气密无泄漏，确保电源正常和锅炉压力正常。

　　采用煤制气时，沥青拌和设备还需增设气化炉装置。气化炉的工作原理为:以干煤粉为原料，以空气为汽化剂，在气化炉中先发生氧化反应，生成二氧化碳。二氧化碳、高温碳颗粒和水分子在高温环境下发生还原反应，生成一氧化碳和氢气输送至燃烧炉，和助燃空气混合后直接燃烧。

　　4、沥青拌合站的改造费用和经济效益

　　4.1改造费用

　　江罗高速公路除第三合同段沥青拌合站采用煤制气，购置1套约250万元的煤制气设备外，其他3个施工单位沥青拌合站都采用天然气，改造1套燃烧器约需20~30万元，改造1套导热油炉需36万元。根据施工单位的液化天然气采购合同，天然气的供应商负责建立液化天然气供应站，并负责维护，产生费用折合在燃气单价中，据调查一座天然气供应站费用约为188万元(包括液化天然气罐38万元、建站费110万元、调试维护费40万元)。

　　4.2经济效益

　　按照上述燃料价格、改造费用外，还考虑设备使用过程中易耗品的消耗(除尘布袋、油泵更换、管道和配件损坏等)和设备损耗摊销等因素，折合每生产1t沥青混合料的燃料费用为24.20元(天然气)、23.41元(煤制气)和25.6元(重油)。相比使用重油，采用天然气和煤制气每生产1t沥青混合料节约燃料成本3.35元和3.81元，江罗高速公路项目全线共节约费用601万元[5]。

　　5、结语

　　(1)江罗高速公路全线沥青拌合站燃料采用油改气技术，减少重油消耗9768.68t，相应减少CO2、氮氧化物、硫化物、芳烃类有害气体排放37564t，社会环保效益显著。因此在大型基建项目，相比柴油、重油，天然气、煤制气清洁高效、节能减排的优点，符合当前推行绿色公路、品质工程的需要。

　　(2)采用热能值高的气体燃料，解决了液体油类燃料不充分燃烧对沥青混合料的质量隐患问题，有效提高沥青混合料水稳定性，确保沥青和骨料的粘附性能，该技术应用环保，具有良好的质量效益。

　　(3)根据江罗项目施工单位的相关经验，沥青拌合设备油改气应用虽需要一次性投入较多的设备购置和改装费用，但综合考虑燃料消耗、设备维护成本、施工效率提高等因素，在一定程度上节约了生产成本，油改气技术应用还具有经济性，且改造设备有较强的燃料通用性。