瀝青拌合站骨料加熱系統(tǒng)油改煤技術(shù)應(yīng)用

吳志祥

(中鐵十一局集團(tuán)第二工程有限公司 十堰市 442013)

喀伊公路為新疆“建設(shè)西部交通樞紐中心和萬里高速大通道”重要戰(zhàn)略規(guī)劃項(xiàng)目之一。其中喀伊公路Y1K0+957.7～K46+000路面施工任務(wù)，總長45042.3m，預(yù)計(jì)瀝青混凝土用量43萬噸。一般而言，按生產(chǎn)1t瀝青混合料約需高熱值的重油7kg計(jì)算，該標(biāo)段施工需重油3010t，約需資金1050萬元。而同期重油供應(yīng)縮緊，價(jià)格呈上漲趨勢。如果能針對性改進(jìn)燃料使用方案，將會(huì)節(jié)省可觀的資金投入，提升項(xiàng)目盈利能力。

燃料消耗成本是瀝青混凝土攪拌設(shè)備運(yùn)行成本中最重要的組成部分。是否有可能通過技術(shù)改進(jìn)找到燃油替代品并實(shí)現(xiàn)相同的骨料加熱效果，從而大大降低機(jī)械使用的成本，進(jìn)一步降低建筑公司的生產(chǎn)成本，提高利潤率，保證企業(yè)競爭力是非常重要的問題。

在前述調(diào)研基礎(chǔ)上，在喀伊公路分項(xiàng)目投標(biāo)開始就積極探索油改煤技術(shù)方面的問題，通過市場調(diào)查及技術(shù)方案比選，確定采用油改煤技術(shù)進(jìn)行骨料的加熱。

1 油改煤技術(shù)應(yīng)用

伴隨著石油成本上漲，油改煤技術(shù)在工程領(lǐng)域逐漸推廣應(yīng)用。原瀝青混合料骨料加熱系統(tǒng)采用高熱值的原油提煉剩余物重油，安全運(yùn)維成本較高。本項(xiàng)目結(jié)合日工4000型瀝青拌和樓的特點(diǎn)及燃料需求，采用南陽亞龍Y6SMF系列煤粉燃燒裝置的油煤技術(shù)。下面介紹其主要參數(shù)。

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

南陽亞龍Y6SMF系列煤粉燃燒裝置各備選型號(hào)主要參數(shù)情況。

表1 煤粉燃燒裝置各備選型號(hào)主要參數(shù)

注：1.煤粉燃燒器適用于燃燒的煙煤和硬質(zhì)褐煤，揮發(fā)份≥26%，全水分≤6%，硫含量<1%；

2.燃煤能力是指在標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)下，對應(yīng)煤粉燃燒器燃燒的煤粉低位發(fā)熱量Qdw=5450kcal/kg，細(xì)度R90≤25%時(shí)的燃燒能力

1.2 工作原理

油改煤技術(shù)的核心工作原理為采用微細(xì)粒徑煤粉取代分子量大、粘度高的重油，并能支撐可靠的聯(lián)合循環(huán)燃燒系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過三次送風(fēng)實(shí)現(xiàn)細(xì)微煤粉的飽和燃燒，燃料利用率接近95%。

當(dāng)通過煤噴粉機(jī)粉碎粒徑不大于20mm的原煤后，一次空氣帶動(dòng)細(xì)微粉狀煤粉微粒，以低阻尼方式通過連接軟管，空氣煤粉形成均勻混合物。隨后，混合物高速噴射到煤粉燃燒器爐腔并通過穩(wěn)燃盤湍流擴(kuò)散再循環(huán)，并由爐腔周圍的高溫火焰輻射。粉煤空氣均勻混合物迅速加熱到點(diǎn)火溫度并點(diǎn)燃，燃燒并釋放大量熱量。

二次空氣沿煤粉燃燒器風(fēng)箱端部處環(huán)形管的內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)內(nèi)腔中，在壁面效應(yīng)的作用下，夾帶燃燒熱量變成高溫?zé)煹罋饬鳌Ｔ谠搮^(qū)域，它與粉煤空氣混合物形成穩(wěn)燃區(qū)，確保了后續(xù)粉煤的連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)有效且穩(wěn)定的燃燒。二次空氣還可以將粉煤火焰與粉煤燃燒器的內(nèi)壁分離以避免接觸。將燒焦的灰從爐腔吹走，以減少粉煤燃燒器內(nèi)壁上的爐渣。

三次空氣通過粉煤燃燒器鼓風(fēng)口中的環(huán)形管道進(jìn)入，并在粉煤燃燒器外部的后續(xù)燃燒區(qū)中與未燃燒的粉煤完全燃燒。通過這種燃燒過程，原煤的能量被完全釋放，產(chǎn)生大量的熱量，可以加熱和干燥相應(yīng)的材料。

1.3 設(shè)備配套裝置

Y6SMF煤粉燃燒裝置包括磨煤噴粉機(jī)、連接軟管、輸粉風(fēng)機(jī)、爐身-燃燒室、噴火口、導(dǎo)熱裝置等。

(1)主體部分

Y6SMF系列煤粉燃燒裝置的主要部件是粉煤燃燒器，其包括噴射口、爐體、框架體、波紋管、供氣系統(tǒng)、燃燒器等。

(2)助燃系統(tǒng)

該系統(tǒng)由儲(chǔ)罐、齒輪油泵、電動(dòng)機(jī)、安全閥和高壓軟管、快速接頭、油脂槍、燃料噴射器等組成，燃料通常為柴油。

該系統(tǒng)僅在點(diǎn)火開始時(shí)用于預(yù)熱粉煤燃燒器的爐腔。常規(guī)助燃時(shí)間區(qū)間為180～300s，一般在粉煤空氣混合物達(dá)到連續(xù)的自燃狀態(tài)，即可切換到關(guān)閉。

(3)電器系統(tǒng)

系統(tǒng)電器均配有自動(dòng)保護(hù)裝置，以確保電氣系統(tǒng)的安全使用，此外可根據(jù)用戶需求，配置熱電偶等傳感裝置，進(jìn)行溫度或熱量的自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)。

(4)架體部分

該部件采用 “工”型45號(hào)鋼材焊接，便于運(yùn)輸和安裝。 燃燒器高溫腔體的旋轉(zhuǎn)具有低速、平穩(wěn)、可靠的特點(diǎn)，能及時(shí)排出燃燒器中的爐渣，有利于設(shè)備長期良好的循環(huán)燃燒性能。

(5)供風(fēng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括相應(yīng)的風(fēng)扇、供氣管道、風(fēng)量控制閥等。根據(jù)用戶的實(shí)際溫度需求，可以合理調(diào)節(jié)助燃風(fēng)量，操作簡單方便。

2 油改煤技術(shù)要求和注意事項(xiàng)

2.1 設(shè)備方面要求

結(jié)合加熱系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)，提出了燃燒爐與磨煤噴粉機(jī)相互匹配的要求。

燃燒爐與煤粉輸送系統(tǒng)之間的匹配是由項(xiàng)目用拌和樓的設(shè)計(jì)產(chǎn)能所決定的。拌和樓較大的產(chǎn)量對應(yīng)較大的加熱量，研磨噴粉機(jī)的輸出流量也要大，才能保證正常工作。

瀝青拌和樓油改煤成套技術(shù)方案中，原計(jì)劃設(shè)計(jì)使用一臺(tái)燃燒爐匹配三臺(tái)中等功率的磨煤噴粉機(jī)，考慮到設(shè)備及設(shè)計(jì)余量，修正為3臺(tái)大功率設(shè)備，確保使用穩(wěn)定性。

2.2 煤質(zhì)的要求

煤炭的成分、粒徑、熱值決定了燃燒的質(zhì)量，對煤質(zhì)作如下技術(shù)要求：

(1)進(jìn)料粒徑<15mm，研磨后粒徑須控制在約200目(±10%)。

(2)根據(jù)調(diào)研結(jié)果，以大同煤為標(biāo)準(zhǔn)，熱量≥5500kcal/kg。

(3)揮發(fā)物百分比≥25%，達(dá)到揮發(fā)份時(shí)燃點(diǎn)升高，燃燒困難。

(4)灰份即為混合物燃燒殘留物，嚴(yán)格控制在≤12%的范圍內(nèi)。較低的灰份含量有助于提高發(fā)熱量，降低爐渣含硫量，便于清渣工作進(jìn)行。

(5)嚴(yán)格控制粉煤含水量，干燥煤粉有利于混合物混合，使得燃燒更充分。

(6)出于安全因素，煤灰燃點(diǎn)應(yīng)高于1430℃。

2.3 注意事項(xiàng)

(1)大部分高速公路建設(shè)于郊野甚至山區(qū)，混合場地多為臨時(shí)用地。在考慮場地的布局時(shí)，應(yīng)留出足夠的空間來堆放煤炭。在開始施工之前，充分考慮可能的增產(chǎn)計(jì)劃，以避免由于不準(zhǔn)確的購買或臨時(shí)購買引起的質(zhì)量波動(dòng)。

(2)一般而言，煤粉燃燒會(huì)產(chǎn)生灰份，而灰份的增多加大了除塵的工作量。為提高除塵效果建議調(diào)節(jié)風(fēng)門增大除塵箱內(nèi)負(fù)壓，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控力度防止出現(xiàn)排粉不及時(shí)等現(xiàn)象發(fā)生。

(3)煤的儲(chǔ)存應(yīng)用棚子覆蓋，以防止雨水浸泡。 如果濕度太大，應(yīng)將其烘干至低含水量。

(4)煤粉燃燒易產(chǎn)生二氧化硫，增加骨料的酸性?？刹捎靡欢ㄅ浔鹊氖宜M(jìn)行堿性沖洗。

(5)煤粉燃燒器爐頭磚由耐高溫鑄造材料制成，鑄造體非常致密。首次使用粉煤燃燒器時(shí)，必須用木材或煤炭進(jìn)行烘烤，以有效去除設(shè)備中的水分。 烘烤方法如下：以25℃/h升至110℃保溫6個(gè)小時(shí)以上；以40℃/h升至400℃保溫6個(gè)小時(shí)以上。在烘烤過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制溫度梯度，溫升不應(yīng)太快。過高的溫度梯度容易導(dǎo)致爐身損壞。

3 油改煤技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

工程所需的瀝青混凝土全部由日工NBD320ABZ瀝青拌合站拌和。根據(jù)路面項(xiàng)目的多年施工經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，瀝青拌合站使用重油加熱骨料生產(chǎn)出一噸成品瀝青混合料的消耗值為7.0kg；而改為煤加熱生產(chǎn)出一噸成品瀝青混合料的消耗值為12kg。目前瀝青拌和樓采用180#重油，市場價(jià)格為4600元/t，而粉煤的市場價(jià)格僅為660元/t。

瀝青混凝土拌合站使用不同燃料加熱，生產(chǎn)每噸瀝青混合料的成本對比如表1所示。

表1 瀝青混合料的生產(chǎn)成本對比

項(xiàng)目共計(jì)生產(chǎn)瀝青混合料426799.5t，分別計(jì)算油改煤技術(shù)應(yīng)用前后使用成本，具體如下所示：

(1)加熱燃料(重油)共需花費(fèi)=426799.5×7/1000×4600=13742943.9元；

(2)加熱燃料 (煤粉)共需花費(fèi)=426799.5×12/1000×660+550000=3930252.04.88元(考慮煤粉燃燒系統(tǒng)設(shè)備安裝費(fèi)用55萬元)。

綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本，合理推行油改煤技術(shù)，可直接節(jié)約成本9812691元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)論

瀝青混合料加熱燃油改煤技術(shù)具有很強(qiáng)的技巧性，多個(gè)施工單位或項(xiàng)目均在探索其應(yīng)用條件及規(guī)范，但使用效果不盡相同。

從日工4000型瀝青拌和樓燃油改煤成套技術(shù)使用情況來看，在保有優(yōu)質(zhì)燃煤的基礎(chǔ)上，采用適合選定拌和樓的燃燒爐，配合工作性能可靠的研磨、燃燒設(shè)備部件，加之以規(guī)范化技術(shù)管理，油改煤技術(shù)的使用效果顯著。

油改煤技術(shù)的應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的應(yīng)用前景，尤其是燃油成本逐年升高的基礎(chǔ)上，則更突顯出燃煤技術(shù)的優(yōu)勢，特別適合煤炭資源豐富地區(qū)高速公路瀝青混凝土路面的施工。