MAC320型拌和站燃料系統(tǒng)（油改氣）的改進(jìn)

嚴(yán)鳳超

摘要：為了積極響應(yīng)312國道鎮(zhèn)江段改線工程節(jié)能減排、低碳排放的要求，鎮(zhèn)江市路橋工程總公司瀝青拌合場對MAC320型拌和站燃料系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，由原先的燃油系統(tǒng)改為燃天然氣。文章對此進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞：瀝青拌合站；燃料；天然氣；氣站；燃燒器

自2013年開始，全國各地的瀝青拌和站，特別是城區(qū)拌和站，都已陸陸續(xù)續(xù)對瀝青拌和站的燃燒器進(jìn)行了改造，由原先燃油改為燃?xì)猓赃_(dá)到環(huán)保要求。為此，本研究對MAC320型拌和站燃料系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，由原先的燃油系統(tǒng)改為燃天然氣。

1拌和站燃燒系統(tǒng)燃料的選擇

1.1重油、天然氣運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析

（1）重油的密度為0.95，熱值為0.95萬kcal（1 kcal=4.185 J下同）/m³，市場價(jià)格為2.135元/m³。

（2）管道天然氣的熱值為0.86萬kcal/m³，市場價(jià)格為3.7元/m³。

（3）液態(tài)天然氣的熱值為1.1萬kcal/m³，市場價(jià)格為3.4元/m³。

（4）壓縮天然氣的熱值為0.95萬kcal/m³，市場價(jià)格為4.1元/m³。

按以上熱值計(jì)算得知產(chǎn)生1萬kcal熱量時(shí)，燃料的消耗量及對應(yīng)價(jià)格如下（2016/3/29市場行情）：（1）重油1萬kcal=1.05 kg=1.05×2.135元=2.24元；（2）管道天然氣1萬kcal=1.16 m³=1.16×3.7元=4.29元；（3）液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）1萬kcal=0.909 m³=0.909×3.4元=3.09元；（4）壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，CNG）1萬kcal=1.05 m³=1.05×4.1元=4.305元。

從以上計(jì)算可知，使用重油最省，但燃燒重油，污染環(huán)境，且布袋壽命大大縮短，使用管道天然氣，無明顯優(yōu)勢，且鋪設(shè)管道費(fèi)用較高，使用壓縮天然氣或液態(tài)天然氣是現(xiàn)在的趨勢，壓縮天然氣現(xiàn)場需安裝調(diào)壓柜，費(fèi)用不高，但需配兩臺(tái)撬車在現(xiàn)場與氣源處來回運(yùn)，極易造成斷氣，影響生產(chǎn)。使用液態(tài)天然氣現(xiàn)場需安裝儲(chǔ)氣罐，且要安裝汽化器，費(fèi)用在1307]元左右，優(yōu)點(diǎn)是可以儲(chǔ)氣，保證生產(chǎn)。

1.2燃燒排放的理論計(jì)算

1.2.1理論需要空氣量

所用重油成分含量如表1所示。

1.2.2理論煙氣量

1 kg重油完全燃燒的各產(chǎn)物質(zhì)量如下：CO₂質(zhì)量為：3.082 8kg；H₂O的質(zhì)量為：1.095kg N的質(zhì)量為：10.577 32kg；SO₂的質(zhì)量為：0.028kg。

1.2.3完全燃燒（不產(chǎn)生CO，過剩空氣系數(shù)n在1.1～1.3）產(chǎn)生的煙氣量

1 kg重油燃燒實(shí)際的各產(chǎn)物質(zhì)量如下：CO₂質(zhì)量為：3.082 85kg；H20的質(zhì)量為：1.095kg；N的質(zhì)量為：12.692 184 kg；SO₂的質(zhì)量為：0.028 kg；過剩氧氣量為0.642 16 kg。

在過氧情況下，1 kg重油產(chǎn)生的有害氣體包括CO₂的質(zhì)量3 082.85 g；SO₂的質(zhì)量28 g按照生產(chǎn)1噸瀝青砼需要消耗7kg重油計(jì)算，每生產(chǎn)1噸瀝青砼排放CO₂的質(zhì)量為21 579.95 g，SO₂的質(zhì)量196 g，在過氧情況下，使用天然氣時(shí)1 m³天然氣產(chǎn)生的C02的質(zhì)量為2 077.8 g，按照生產(chǎn)10⁶g瀝青砼需要消耗6 m³天然氣計(jì)算，則每生產(chǎn)1T瀝青砼排放的CO₂的質(zhì)量為12 466.8 g，由計(jì)算可知，使用天然氣生產(chǎn)瀝青砼CO₂的排放量比重油減少了40%～50%，并且由于天然氣本身不含硫，所以排放尾氣中沒有SO₂，因此天然氣是名副其實(shí)的清潔能源。

1.3油氣兩種燃燒方式的比較

通過現(xiàn)場試驗(yàn)等手段從燃燒穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保排放等方面將兩種燃燒方式進(jìn)行了對比。

1.3.1穩(wěn)定性

出料溫度和溫度穩(wěn)定性均符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但燃油工況下的溫度穩(wěn)定性要強(qiáng)于燃?xì)夤r且燃燒穩(wěn)定性和充分性良好。

1.3.2經(jīng)濟(jì)性

生產(chǎn)10³kg瀝青砼按目前價(jià)格所需天然氣成本20～25元/t，重油由于質(zhì)量參差不齊，按2 135元/t左右重油成本13元/t左右，經(jīng)比較使用天然氣優(yōu)勢不大，但可以有效節(jié)省攪拌設(shè)備維修成本（管道、泵、閥腐蝕，布袋更換，人工維修費(fèi)用等）從長遠(yuǎn)看，使用天然氣比重油有著更好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3.3環(huán)保方面

以天然氣為燃料相比于重油NO_x的排放量減少了85.7%，CO減少了72.2%，CO₂減少了40%并且不會(huì)產(chǎn)生SO₂，環(huán)保效果非常明顯。

1.3.4對產(chǎn)品的影響

天然氣燃燒不會(huì)產(chǎn)生硫、磷等殘留物，徹底避免了由于重油等燃燒不充分導(dǎo)致的骨料表面污染，保證了瀝青與骨料的充分粘附。

通過以上分析，瀝青拌和站的燃燒系統(tǒng)由原先的燃油改為燃?xì)馐钱?dāng)前拌和站發(fā)展的趨勢。

2燃料系統(tǒng)的改造

2.1氣站建設(shè)

（1）選址。選址必須符合當(dāng)?shù)氐某鞘锌傮w規(guī)劃，環(huán)境功能區(qū)劃。單位周界必須與周邊的環(huán)境敏感區(qū)有足夠的安全防火間距，避免最大可能事故的發(fā)生。鎮(zhèn)江市路橋工程總公司氣站選址如圖1所示。

（2）建站。根據(jù)設(shè)計(jì)部門提供的圖紙進(jìn)行場地、設(shè)備基礎(chǔ)建設(shè)。

2.2工藝流程

由LNG槽車或集裝箱拖車將LNG運(yùn)至本站，通過卸車增壓器對槽車或集裝箱槽車進(jìn)行增壓，利用壓差將LNG送至低溫儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。儲(chǔ)存期間壓力保持在0.3 MPa（以下壓力如未加說明，均為表壓）。使用時(shí)，打開儲(chǔ)罐增壓器，使儲(chǔ)罐壓力增至0.6 MPa，LNG利用壓差由儲(chǔ)罐進(jìn)入空溫式氣化器，與空氣換熱后轉(zhuǎn)化為氣態(tài)并升高溫度，出口溫度比環(huán)境溫度低5～10℃，當(dāng)空溫式氣化器出口的天然氣溫度達(dá)不到5℃時(shí)，通過電加熱器升溫。氣化后的氣態(tài)天然氣通過調(diào)壓、計(jì)量、加臭后送入供氣管網(wǎng)，供拌合樓燃燒器使用。氣化過程中產(chǎn)生的閃蒸汽（Boil Off Gas，BOG）經(jīng)加熱后計(jì)入管網(wǎng)，產(chǎn)生的漏氣（Escape Air Gas，EAG）經(jīng)加熱后通過放散管放散。LNG氣化站的工藝流程如圖2所示。

2.3主要設(shè)備選型

本工程主要設(shè)備包括：LNG儲(chǔ)存設(shè)備、LNG氣化加熱設(shè)備（選用）、天然氣調(diào)壓、計(jì)量、加臭設(shè)備等。

2.3.1 LNG儲(chǔ)罐

本工程的LNG儲(chǔ)存設(shè)備為1臺(tái)65 Nm3的LNG儲(chǔ)罐，結(jié)構(gòu)形式為真空粉末絕熱、臥式圓筒形雙層壁結(jié)構(gòu)，采用兩支腿臥罐支撐方式，工作壓力為0.3～0.75 MPa，工作溫度-162℃，其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)應(yīng)滿足現(xiàn)行《鋼制壓力容器》GB150的相關(guān)要求。LNG儲(chǔ)罐上裝有高、低液位報(bào)警設(shè)施、內(nèi)罐壓力高報(bào)警、超壓自動(dòng)排放罐頂氣體的自力式降壓調(diào)節(jié)閥以及安全閥等。在儲(chǔ)罐進(jìn)、出口管線上設(shè)有緊急切斷閥。

2.3.2 LNG氣化加熱設(shè)備

本工程LNG氣化加熱設(shè)備分為空溫式和電熱式兩種。空溫式氣化加熱設(shè)備包括有空溫式氣化器、儲(chǔ)罐增壓器、卸車增壓器、BOG加熱器、EAG加熱器等。電熱式加熱設(shè)備包括電加熱器（選用）。

（1）空溫式氣化器。根據(jù)設(shè)計(jì)供氣規(guī)模，本工程主氣化器的氣化能力要求為2 500 Nm³/h，設(shè)計(jì)選用2臺(tái)3 000 Nm³/h的空溫式氣化器，一用一備。

（2）儲(chǔ)罐增壓器。根據(jù)本站的供氣規(guī)模，本項(xiàng)目配置1臺(tái)儲(chǔ)罐增壓器，單臺(tái)設(shè)計(jì)流量300 Nm³/h。

（3）卸車增壓器。LNG卸車增壓器用于卸車時(shí)提高槽車（或集裝箱）內(nèi)壓力，以便順利地將槽車（或集裝箱）內(nèi)的LNG卸入儲(chǔ)罐。本項(xiàng)目配置1臺(tái)卸車增壓器，設(shè)計(jì)流量為300Nm³/h。

（4）BOG加熱器。BOG產(chǎn)生主要在卸車階段，根據(jù)本站卸車及儲(chǔ)存設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算需配置1臺(tái)BOG力口熱器，設(shè)計(jì)流量500Nm³/h。

（5）EAG加熱器。EAG加熱器用于加熱自動(dòng)或手動(dòng)放空的低NNG。設(shè)計(jì)配置1臺(tái)EAG加熱器，設(shè)計(jì)流量500 Nm³/h。

2.3.3天然氣調(diào)壓計(jì)量加臭柜

本工程調(diào)壓計(jì)量加臭設(shè)備采用橇裝式，進(jìn)口壓力為0.4～0.75 MPa，出口壓力0.4 MPa，調(diào)壓裝置通過能力為2500+500 Nm³/h。

3燃燒器改造

3.1改造方案

將重油燃燒器改造為天然氣/重油（低壓）兩用或單燒天然氣燃燒器。根據(jù)工程的具體要求，選用天然氣/重油（低壓）兩用燃燒器。

3.2 MAC320瀝青拌合樓燃燒器組成

由閘閥、高低壓力閥、雙安全閥、檢漏閥、流量控制閥、氣室、噴嘴等組成。

3.3電氣控制

將原有的油路控制改為氣路控制，用油氣控制系統(tǒng)在油與氣兩系統(tǒng)之間進(jìn)行切換。

3.4燃燒器改造

利用原有重油燃燒器的接口，在其周圍開鑿24個(gè)均布的孔，作為24個(gè)噴嘴的進(jìn)氣孔，在其外圍密閉加裝一個(gè)外圈形成一個(gè)氣腔，從氣站來的氣進(jìn)入此氣腔。

3.5管路系統(tǒng)

保持原來油路，增加天然氣管道。

3.6氣量或油量的控制

將備用的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)經(jīng)調(diào)試完成后作為風(fēng)氣調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，這樣燃重油的風(fēng)油比與燃天然氣的風(fēng)氣比控制機(jī)構(gòu)分開，互不影響。同時(shí)，在用天然氣時(shí)要去掉燃重油時(shí)連接油閥的連桿。

注：（1）燃燒器前動(dòng)壓：400 00～500 00 Pa；（2）氣體熱值：8 600 Kcal/Nm³（3）所有氣管采用無縫鋼管，保證氣體無泄漏；（4）球閥采用防爆球閥，并滿足管徑要求；（5）所有管路及閥門要進(jìn)行加壓0.6 MPa試驗(yàn)。

4結(jié)語

瀝青拌合站燃燒器通過此次改造，將原先燃油的系統(tǒng)改為燃?xì)獾南到y(tǒng)，工作現(xiàn)場再無重油溢出的異味，引風(fēng)機(jī)煙囪再無由于重油燃燒不完全而產(chǎn)生的黑煙，除塵器布袋短期不需要清理，再也不用擔(dān)心管道被腐蝕而產(chǎn)生漏油。達(dá)到了上級要求的節(jié)能、環(huán)保的要求，受到了當(dāng)?shù)卣暮迷u。