我國北方地區(qū)推廣和使用綠色瀝青拌合可行性分析

內(nèi)蒙古自治區(qū)交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)測鑒定站 武瑤，萬瑤宇，柳麗平，畢麗娟，岳丹

我國力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和，是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運共同體。實現(xiàn)碳達峰、碳中和是我國向世界作出的莊嚴(yán)承諾，也是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會變革。交通運輸作為資源密集型行業(yè)是碳排放的重要領(lǐng)域之一，推動交通運輸領(lǐng)域做好碳達峰、碳中和相關(guān)工作，是加速行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型、推動交通運輸高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手，是加快建設(shè)交通強國的重要內(nèi)容，交通運輸行業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展的責(zé)任擔(dān)當(dāng)更為迫切。

瀝青拌合站是公路建設(shè)、養(yǎng)護與管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其生產(chǎn)活動能耗高、二氧化碳及污染氣體排放量大等特點，成為交通建設(shè)工程節(jié)能降碳的關(guān)鍵[1]。

當(dāng)前，我國北方地區(qū)最常使用的瀝青拌合站以燃燒重油和煤炭為主，瀝青拌合時會排放大量煙粉塵，不僅會影響空氣質(zhì)量，還會直接破壞生產(chǎn)現(xiàn)場的居民生活環(huán)境，以及周圍農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。綠色瀝青拌合技術(shù)能夠有效地緩解公路建設(shè)和養(yǎng)護環(huán)節(jié)生產(chǎn)活動能耗高、二氧化碳及污染氣體排放量大等問題，可明顯提升交通建設(shè)工程施工環(huán)節(jié)能源高效利用，減少碳及其他污染物的排放。

一、天然氣瀝青拌合技術(shù)

天然氣瀝青拌合即以天然氣為燃料進行瀝青拌合。天然氣具有熱值較高，燃燒充分穩(wěn)定，有著更優(yōu)良的燃燒特性，且天然氣的燃燒效率高于重油，熱量利用效率提高10～20%[2]。瀝青拌合站使用的天然氣一般為液化天然氣。具體工藝流程為：現(xiàn)場運輸槽車中的天然氣在-162℃時以液態(tài)形式存儲，壓力18～20MPa。施工時，將液態(tài)天然氣通過增壓器、空溫汽化器、調(diào)壓計量兩級調(diào)壓以后，使壓力滿足燃燒器正常工作需要的氣壓0.4～0.5MPa，通過燃氣管網(wǎng)輸進瀝青拌合站燃燒器，天然氣在烘干筒燃燒室充分燃燒，對集料加熱[3]。液化天然氣是國家提倡的清潔、高效、安全、污染小的能源，具有無色、無味、無毒且無腐蝕性等特點。

二、煤制氣瀝青拌合技術(shù)

煤制氣瀝青拌合即以煤轉(zhuǎn)換成的煤氣為燃料進行瀝青拌合。煤制氣是一項重要的潔凈煤技術(shù)，有常壓氣化和加壓氣化兩種，是在常壓或加壓條件下，保持一定溫度，通過氣化劑（空氣、氧氣和蒸汽）與煤炭反應(yīng)生成煤氣，煤氣中主要成分是一氧化碳、氫氣等可燃氣體。煤在氣化中可脫硫除氮，排去灰渣。通過將煤轉(zhuǎn)化為煤氣，從而成為潔凈燃料[4]，同時也大大提高了燃燒效率，實現(xiàn)了能源節(jié)約。具體工藝流程為：干煤粉在特殊設(shè)計的氣流床氣化反應(yīng)器爐內(nèi)合成人工煤氣，高溫煤氣再通過煤氣管道送到燃燒器，在燃燒器內(nèi)與助燃空氣混合，直接燃燒，給干燥滾筒內(nèi)的骨料進行烘干加熱[5-9]。

三、綠色瀝青拌合技術(shù)可行性分析

（一）經(jīng)濟效益分析

在燃料成本方面，根據(jù)對內(nèi)蒙古自治區(qū)2021年8月重油、天然氣、煤粉（可滿足煤制氣設(shè)備需要的）價格為計算基準(zhǔn)，每生產(chǎn)一噸瀝青混合料所需要消耗的燃料成本對比見表1。

表1 重油、天然氣、煤制氣燃料成本對比表

由表1可知，煤制氣瀝青拌合燃料成本最低，每生產(chǎn)一噸瀝青混合料比重油、天然氣燃料成本分別少19元、16.5元。其次為天然氣瀝青拌合，天然氣瀝青拌合成本略低于重油，每生產(chǎn)一噸瀝青混合料燃料成本比重油低2.5元。

前期投入方面，天然氣瀝青拌合站需施工方購置瀝青拌合站燃燒器，費用為30萬元/套（價格以內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟調(diào)研項目為例），其余天然氣汽化器、儲罐、管道及安裝費用均由天然氣供應(yīng)方提供。煤制氣瀝青拌合站需施工方購置煤制氣及燃燒設(shè)備，費用為250萬元/套，安裝費用為5萬元/套（價格以內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市調(diào)研項目為例），煤制氣設(shè)備可重復(fù)使用，壽命周期約為20年。

由此可見，煤制氣瀝青拌合技術(shù)前期投入較大，但拌合燃料成本卻明顯低于傳統(tǒng)的瀝青拌合技術(shù)。而天然氣瀝青拌合技術(shù)前期投入較少，但拌合燃料成本卻不具有明顯優(yōu)勢，僅略低于傳統(tǒng)的瀝青拌合技術(shù)。

（二）節(jié)能降碳效益分析

節(jié)能降碳方面，將每生產(chǎn)一噸瀝青混合料需要消耗的重油、天然氣、煤粉根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量，計算節(jié)能量（節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量）和二氧化碳排放量，計算結(jié)果如表2所示。

表2 重油、天然氣、煤制氣節(jié)能減排效益對比表

由表2可知，天然氣瀝青拌合每生產(chǎn)一噸瀝青混合料可節(jié)能量為2.32kg的標(biāo)準(zhǔn)煤，可減少CO2排放量為5.79kg；煤制氣瀝青拌合每生產(chǎn)一噸瀝青混合料可節(jié)能量2.43kg的標(biāo)準(zhǔn)煤，可減少CO2排放量為6.06kg。

由此可見，兩種綠色瀝青拌合技術(shù)均能達到明顯降碳的目的，且兩者節(jié)能降碳量相差不大。

（三）社會效益分析

傳統(tǒng)的瀝青拌合站生產(chǎn)以重油作為燃料，燃燒過程不能充分進行，一般會產(chǎn)生2%～3%的燃燒損失，并伴隨有濃煙及有害氣體產(chǎn)生。天然氣及煤制氣燃燒時均為氣態(tài)，氣體燃燒時，與空氣中氧氣的接觸面積比液體的大，從而可以更充分地燃燒，排放物一般為CO2和H2O，SO2、PM10等有害物質(zhì)排放量均低于傳統(tǒng)以重油或煤炭為燃料的瀝青拌合站（煤制氣有害物質(zhì)排放量略高于天然氣），煙氣粉塵污染程度低，可減少施工過程中對周邊生態(tài)環(huán)境及施工人員、周邊居民身體健康的影響。以硫排放量為例，常規(guī)重油含硫量在 2.5% 以上，煤制氣中常規(guī)煤粉含硫量約為0.5%[10]，天然氣（以三類天然氣為例）中含硫量為350mg/m3，每生產(chǎn)一噸瀝青混合料以重油為燃料時硫的排放量為0.2kg，以煤粉為燃料時硫的排放量為0.05kg，硫排放量相對于以重油為燃料減少了0.15 kg，減少約75%，以天然氣為燃料時硫的排放量為0.0026kg，硫排放量相對于以重油為燃料減少了0.1974kg，減少約98.7%。

（四）使用性能及安全性能分析

由于重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重質(zhì)油，分子量大、黏度高，因此大多數(shù)重油具有很強的腐蝕性，以重油為燃料時常使燃燒器的噴頭、加熱管道經(jīng)常受到其腐蝕而需經(jīng)常更換。相對而言，以天然氣、煤制氣為燃料時無腐蝕性物質(zhì)的存在，很大程度上延長了設(shè)備的使用周期。

與此同時，重油因成分相對比較復(fù)雜，常存在不完全燃燒的現(xiàn)象，未完全燃燒的重油進入除塵器后粘在布袋上，使得布袋發(fā)黑而壽命減短，一般生產(chǎn)約40萬噸瀝青混合料就需更換布袋[1]。天然氣及煤制氣燃燒無殘留物，煤粉反應(yīng)生成熱煤氣轉(zhuǎn)化率高達99%，天然氣燃燒效率能夠達到 99% ，除塵器布袋因未黏結(jié)油性物質(zhì)，使得其壽命大幅延長，一般正常生產(chǎn)約100萬噸瀝青混合料無須更換布袋，而且石料在加熱時不被燃燒殘留物所污染，石料表面清潔，開口空隙全部張開，避免了傳統(tǒng)燃料特別是以重油作為燃料時油渣的附著，增加了瀝青與高溫狀態(tài)下石料的粘附性，使拌合料的各項檢測指標(biāo)均有所提高，從而提升了瀝青路面的整體質(zhì)量。

天然氣及主要的成分為甲烷，三類天然氣甲烷含量均達到 99% 以上，二氧化碳與氮氣的含量僅占 1%左右，屬于甲類高危，我國北方地區(qū)比較干旱，再加上瀝青拌合站使用天然氣量比較大，常需要將液化天然氣罐車停置于燃燒爐附近，因此在以天然氣為燃料進行瀝青拌合需要特別注意安全問題。煤制氣瀝青拌合技術(shù)中，燃燒的主要成分是一氧化碳、氫氣等可燃氣體，但因煤制氣產(chǎn)生的煤氣不需要存貯與傳輸，一氧化碳、氫氣及其他可燃氣體產(chǎn)生后即被作為燃料立即燃燒，因此安全性能明顯高于天然氣瀝青拌合技術(shù)。

（五）重油改天然氣或煤制氣可行性分析

以重油為燃料的傳統(tǒng)型瀝青拌合站進行天然氣改造時，只需將重油燃燒器改造為油、天然氣兩用型或天然氣型燃燒器即可。具體工藝為：1）在原有重油燃燒器旁添加（改裝）一套燃氣用噴頭、閥門；2）對加裝的燃氣噴頭配上專用的供氣管道及調(diào)壓閥；3）改造重油燃燒器點火裝置，加裝一套火焰監(jiān)控裝置和控制系統(tǒng)；4）更換原有燃燒器導(dǎo)風(fēng)板。改裝技術(shù)簡單，可操作性強，安裝時間周期較短，不耽誤生產(chǎn)進度。

以重油為燃料的傳統(tǒng)型瀝青拌合站進行煤制氣改造時，需將重油燃燒器改造為油、煤氣兩用型或煤氣型燃燒器，并加裝氣化反應(yīng)爐。改裝技術(shù)簡單，可操作性強，安裝時間周期短，不耽誤生產(chǎn)進度。

（六）其他

目前，道路路面建設(shè)中基本采用的是傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料，它是將瀝青從常溫加熱到140℃左右，將骨料從常溫加熱到160℃～180℃，然后再在160℃的高溫下將瀝青和礦粉進行拌和，天然氣、煤改氣瀝青混凝土拌合均能夠達到其要求的拌料溫度。而對溫度要求較高的新型瀝青混合料，如瀝青瑪蹄脂路面要求集料加熱溫度190℃～200℃，煤改氣瀝青混凝土拌合能夠達到該拌料溫度，天然氣瀝青混凝土拌合則由于熱值問題無法達到其要求的拌料溫度。

四、結(jié)論

根據(jù)天然氣、煤改氣瀝青拌合的經(jīng)濟效益、節(jié)能降碳效益、社會效益、使用性能及安全性能分析、技術(shù)改造可行性等方面進行對比分析，結(jié)合我國北方地區(qū)區(qū)域?qū)嶋H情況，提出以下我國北方地區(qū)綠色拌合推廣意見建議：

（1）煤制氣瀝青拌合前期投入較高，但燃料成本相對較低，節(jié)能降碳效益、社會效益最為顯著，且安全性能明顯高于天然氣瀝青拌合技術(shù)，并能達到的溫度較高能夠滿足各種熱拌瀝青混凝土拌料要求，我國北方地區(qū)均可優(yōu)先選擇。

（2）天然氣瀝青拌合技術(shù)燃料成本與重油相當(dāng)，節(jié)能減排效益與煤制氣相當(dāng)，前期投入較低，且天然氣燃燒后有害物質(zhì)排放量最低，能使瀝青拌合對周邊環(huán)境的影響減小到最小，對于生態(tài)環(huán)境相對脆弱或涉及保護區(qū)的地區(qū)可選擇天然氣瀝青拌合技術(shù)。但在使用天然氣瀝青拌合技術(shù)時應(yīng)特別注意生產(chǎn)安全，特別是液化天然氣罐車周圍的安全問題。

（3）鑒于天然氣價格高，建議天然氣管網(wǎng)不能覆蓋的拌合站或是槽車運輸天然氣不方便的地區(qū)采用煤制氣瀝青拌合技術(shù)。