瀝青拌合設備油改氣對環(huán)境的影響

談文晶

(上海公路橋梁集團有限公司道路工程公司，上海 200435)

近年，我國經濟快速增長，公路交通建設也保持快速發(fā)展，“十二五”期間公路建設資金總需求為5萬億元，各地大型瀝青混凝土攪拌站亦日益增多。而瀝青混凝土攪拌站在生產過程中會對環(huán)境造成污染，尤其在骨料的烘干、加熱、篩分、攪拌等主要生產工藝工作過程中均會產生一定量的粉塵，骨料在干燥過程中燃料燃燒時產生大量的氮、硫氧化物，瀝青在加熱過程中揮發(fā)的煙氣(俗稱蘭煙)等，直接排入大氣將對周圍的環(huán)境造成嚴重的污染［1］。

混合骨料加熱時要求燃料燃燒后能使骨料溫度升到合適的溫度并對骨料不造成污染，并且能保持生產連續(xù)性［2］，所以，瀝青攪拌站在燃料的選擇方面尤其關鍵，既要考慮經濟因素也要減少對環(huán)境的污染以及能源的消耗。目前國內大部分瀝青混凝土攪拌站加熱所用的原料主要是柴油、重油和煤粉。重油、柴油都是石油提煉的產物，柴油是輕質石油產品，重油是介于固體煤炭燃料與輕質石油燃料之間的粘稠燃燒料［3］，重油、柴油燃燒時容易產生煙塵。近年液化天然氣(LNG)作為一種環(huán)保節(jié)能的新型能源已被廣泛關注。

本文主要通過對1臺瀝青拌合設備油改氣技術進行改造，比較改造前后以重油、柴油、天然氣為燃料燃燒過程對環(huán)境的影響并對能其能源安全和經濟進行討論分析。

1 油改氣改造概況

1.1 生產改造基本情況

本項目對1臺瀝青拌合設備骨料加熱技術進行改造，建設1座LNG氣化站(以替代原重油燃料)，內設1臺儲量為20 m3低溫立式儲罐(同時配1輛53 m3低溫槽車)，最大儲氣能力為4.4萬m3(約等于32 t重油)，項目占地970 m。天然氣替代重油、柴油作為加熱燃料，年產能規(guī)模約為年產15萬t瀝青砼混合料。將原來的重油、柴油燃燒器替換成天然氣燃燒器，對燃燒器的控制系統(tǒng)進行更改，與原有控制系統(tǒng)連接，增加PLC控制系統(tǒng)，更換后燃料為液態(tài)天然氣。另外增加調壓裝置、燃氣供氣管道及計量裝置和消防裝置。

1.2 工藝流程

對LNG儲罐、增壓撬、氣化撬、調壓加臭撬進行配管設計，出站管道至中低壓柜調壓后低壓輸送。流程圖見圖1。

圖1 LNG氣化站工藝流程

液化天然氣(LNG)通過LNG儲罐車運送，在裝卸臺處的卸車增壓器使槽車增壓，可利用壓差向低溫絕熱儲罐輸送液體，不需要額外消耗動力，使用時，儲罐內的LNG通過增壓器增壓自流進入空溫式氣化器，在氣化器中液態(tài)天然氣與空氣交換熱，發(fā)生相變，產生氣體。在氣化器的加熱段升高溫度，夏季氣體溫度最高達到20℃，冬季空溫式氣化器出口溫度低于－5℃時開啟電加熱氣化器換熱后，經調壓、加臭進入中壓輸氣管網輸送至中低壓調壓柜低壓輸送。

LNG儲罐日蒸發(fā)率大約為0.15%，這部分自然蒸發(fā)的氣體(B O G)如果不及時排出，將造成儲罐壓力升高。LNG槽車卸載后，會殘留部分氣體天然氣，由于其溫度過低，對后續(xù)設備可能產生損壞。儲罐蒸發(fā)的B O G和槽車卸車的B O G通過1臺B O G加熱器加熱后進入B O G儲罐儲存，循環(huán)使用，增加資源的利用率。經過加熱的氣體調壓后(輔線)接入加臭前管道(主線)，經加臭后送入中壓(0.7～0.8 MPa)輸氣管網輸送至中低壓調壓柜(5000～6000 Pa)低壓輸送。

低壓輸送天然氣至燃燒器點火燃燒，燃燒產生的熱能用于生產。

2 環(huán)境影響結果分析

2.1 重油、柴油、天然氣為燃料燃燒產物

根據GB 13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標準》中鍋爐大氣污染物排放濃度限值，天然氣、重油、柴油燃燒污染物排放情況見表1。

表1 3種燃料燃燒產物的比較

由表1可見，S O2、N Ox、煙塵排放濃度都減少，S O2排放濃度是原來的1/7;氮氧化物排放濃度是原來的1/2;直接從外觀上觀察，黑度也降低了。

LNG燃燒后，S O2、N OX、煙塵排放都有明顯下降，煙塵減少最為明顯，其次是S O2，說明天然氣對空氣顆粒物濃度改善明顯;不見黑煙，比起重油、柴油屬于清潔能源，但并不如逾期的環(huán)保性能優(yōu)越［4］，還是存在一定的S O2排放，N OX排放量也較多，煙塵排放控制效果明顯。

2.2 重油、柴油、天然氣為燃料燃燒噪聲排放

3種燃料噪音排放見表2，通過表2可以得出瀝青拌合站骨料燃燒設備由重油燃燒器改成天然氣燃燒器之后，噪聲的變化較小，控制室和設備前噪聲分別減少了 0.6 dB(A)與 0.2 dB(A)，符合 GB/T 17808—2010《道路施工與養(yǎng)護機械設備瀝青混合料攪拌設備》標準。工業(yè)廠界噪聲降低了3%，改善效果較明顯，符合GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》2類標準。

表2 3種燃料燃燒噪聲排放比較 dB(A)

由表2可見，對于操作人員噪聲改善并不是很明顯，與原設備相比，噪聲改善方面效果甚微。但對遠離設備的周邊居民有一定的改善。

2.3 3種燃料的技術性能比較

3種燃科技術性能比較結果如表3所示。

表3 3種燃料技術性能比較

由表3可見:

(1)重油、柴油的燃燒熱效率比天然氣低;

(2)天然氣燃燒不需要進行預熱。重油燃燒前，必須要進行預熱，使其加熱變成流體狀態(tài)才可以經噴嘴噴射燃燒，這個部分加熱所需要的熱量約為全部耗能的10%;

(3)天然氣雜質較少。重油、柴油燃燒時容易造成燃燒器的噴嘴堵塞，需要每周清理，在多次清理噴嘴后，容易把噴嘴捅大，會造成與空氣混合比失調，黑煙增多，燃燒效率降低;因此，選擇重油時，其硫含量越低越好，一般應小于3%［5］;

(4)重油、柴油燃燒后產生S O2較多，S O2遇水呈酸性，對除塵布袋以及設備造成腐蝕損害，由于重油、柴油燃燒不完全，產生油煙會糊住布袋，影響除塵效果;

(5)使用重油、柴油火焰形狀難以調整，對烘筒的倒料板及揚料板燒損較重，約生產20萬t左右需更換1次;

(6)天然氣燃燒需要能源較少，能源利用率高，保養(yǎng)次數較少，額外設備少，減少環(huán)保設備損耗。

3 資源、能源利用、經濟分析

3.1 資源、能源利用

(1)使用重油、柴油等燃料經常會出現有質量不穩(wěn)或燃燒不完全等現象，造成瀝青砼質量下降以及尾氣排放環(huán)境不達標，無形的浪費損失加大。

(2)回收槽車卸車后的氣相天然氣和儲罐卸液后的氣相天然氣及儲罐產生的超壓氣相天然氣利用B O G換熱器可回收槽車內的高壓閃蒸氣，經輔線進入出站管網;另外，氣液連通管線(旁通)用于回收液相軟管段的LNG，在必要情況下(開車和每次卸車前)，也可以利用儲罐閃蒸氣對液相管道進行預熱。

(3)參數采用就地及控制室顯示，并通過站控系統(tǒng)對生產過程進行監(jiān)視，使壓力、液位、溫度、燃氣泄漏等指標能夠根據實際情況精確控制，保證了運行優(yōu)化，從而減少了能量損耗。

(4)采用自然通風空溫式氣化器，減少電能消耗。

3.2 能耗經濟分析

能耗按日需1 500 kg石油氣估算，3種燃科經濟能耗見表4。

表4 3種燃料經濟能耗

由表4可見，天然氣能源消耗比重油、柴油燃燒器少，較經濟。

4 運行使用建議

(1)選用含硫雜質較少的天然氣，有助于設備腐蝕性降低，改善空氣質量。

(2)盡量循環(huán)利用B O D閃蒸氣，提高能源的利用率。

(3)加強密閉生產管理和設備的檢修、維護，及時更換易損部件，將項目無組織廢氣的污染降至最小，杜絕非正常排放發(fā)生，提高天然氣使用的安全性。

(4)對于設備尾氣凝結的水蒸氣考慮循環(huán)利用。

5 結語

LNG改造項目對于大氣環(huán)境具有一定的改善作用，可作為瀝青拌站優(yōu)先考慮的環(huán)境改善方式之一，但S O2、N OX改善不如預期。改造后的煙塵、粉塵減少，對職工的工作環(huán)境有所改善，有助于減少職業(yè)病的發(fā)生。天然氣熱利用率較高，且設備操作簡單，維護費用較低，具有一定的經濟性。但LNG改造對于場地建設方面有一定的要求，對于面積較小企業(yè)有一定的困難。

［1］朱文天，強制間隙式瀝青混合料攪拌設備技術剖析之二—環(huán)境保護與污染排放［J］.交通世界，2013(5):56－57.

［2］邱影，丁伊章.瀝青攪拌設備重油然燃燒器的應用與維護［J］.交通世界，2007(8):40－41.

［3］周振峰，吳仕高，鄭滿山.瀝青拌合設備柴油燃燒系統(tǒng)的重油改造［J］.廣東科技，2006(11):104－105.

［4］曹貴林，張耀磊，楊偉.瀝青拌合樓油改氣技術的應用［J］.公路交通科技，2012(8):187 －189.

［5］校峰，石磊，王誠，等.液化天然氣建設項目環(huán)境影響評價中工程分析的要點［J］.石油與天然氣化工，2013(4):424－428.