瀝青拌合站骨料加熱系統油改煤技術應用

吳志祥

(中鐵十一局集團第二工程有限公司 十堰市 442013)

喀伊公路為新疆“建設西部交通樞紐中心和萬里高速大通道”重要戰略規劃項目之一。其中喀伊公路Y1K0+957.7～K46+000路面施工任務，總長45042.3m，預計瀝青混凝土用量43萬噸。一般而言，按生產1t瀝青混合料約需高熱值的重油7kg計算，該標段施工需重油3010t，約需資金1050萬元。而同期重油供應縮緊，價格呈上漲趨勢。如果能針對性改進燃料使用方案，將會節省可觀的資金投入，提升項目盈利能力。

燃料消耗成本是瀝青混凝土攪拌設備運行成本中最重要的組成部分。是否有可能通過技術改進找到燃油替代品并實現相同的骨料加熱效果，從而大大降低機械使用的成本，進一步降低建筑公司的生產成本，提高利潤率，保證企業競爭力是非常重要的問題。

在前述調研基礎上，在喀伊公路分項目投標開始就積極探索油改煤技術方面的問題，通過市場調查及技術方案比選，確定采用油改煤技術進行骨料的加熱。

1 油改煤技術應用

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

1.1 主要技術參數

南陽亞龍Y6SMF系列煤粉燃燒裝置各備選型號主要參數情況。

表1 煤粉燃燒裝置各備選型號主要參數

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

2.燃煤能力是指在標準的狀態下，對應煤粉燃燒器燃燒的煤粉低位發熱量Qdw=5450kcal/kg，細度R90≤25%時的燃燒能力

1.2 工作原理

油改煤技術的核心工作原理為采用微細粒徑煤粉取代分子量大、粘度高的重油，并能支撐可靠的聯合循環燃燒系統。該系統通過三次送風實現細微煤粉的飽和燃燒，燃料利用率接近95%。

當通過煤噴粉機粉碎粒徑不大于20mm的原煤后，一次空氣帶動細微粉狀煤粉微粒，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燃盤湍流擴散再循環，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火溫度并點燃，燃燒并釋放大量熱量。

二次空氣沿煤粉燃燒器風箱端部處環形管的內壁旋轉內腔中，在壁面效應的作用下，夾帶燃燒熱量變成高溫煙道氣流。在該區域，它與粉煤空氣混合物形成穩燃區，確保了后續粉煤的連續性，實現有效且穩定的燃燒。二次空氣還可以將粉煤火焰與粉煤燃燒器的內壁分離以避免接觸。將燒焦的灰從爐腔吹走，以減少粉煤燃燒器內壁上的爐渣。

三次空氣通過粉煤燃燒器鼓風口中的環形管道進入，并在粉煤燃燒器外部的后續燃燒區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，產生大量的熱量，可以加熱和干燥相應的材料。

1.3 設備配套裝置

Y6SMF煤粉燃燒裝置包括磨煤噴粉機、連接軟管、輸粉風機、爐身-燃燒室、噴火口、導熱裝置等。

(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、燃燒器等。

(2)助燃系統

該系統由儲罐、齒輪油泵、電動機、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。

該系統僅在點火開始時用于預熱粉煤燃燒器的爐腔。常規助燃時間區間為180～300s，一般在粉煤空氣混合物達到連續的自燃狀態，即可切換到關閉。

(3)電器系統

系統電器均配有自動保護裝置，以確保電氣系統的安全使用，此外可根據用戶需求，配置熱電偶等傳感裝置，進行溫度或熱量的自動反饋調節。

(4)架體部分

該部件采用 “工”型45號鋼材焊接，便于運輸和安裝。 燃燒器高溫腔體的旋轉具有低速、平穩、可靠的特點，能及時排出燃燒器中的爐渣，有利于設備長期良好的循環燃燒性能。

(5)供風系統

該系統包括相應的風扇、供氣管道、風量控制閥等。根據用戶的實際溫度需求，可以合理調節助燃風量，操作簡單方便。

2 油改煤技術要求和注意事項

2.1 設備方面要求

結合加熱系統指標參數，提出了燃燒爐與磨煤噴粉機相互匹配的要求。

燃燒爐與煤粉輸送系統之間的匹配是由項目用拌和樓的設計產能所決定的。拌和樓較大的產量對應較大的加熱量，研磨噴粉機的輸出流量也要大，才能保證正常工作。

瀝青拌和樓油改煤成套技術方案中，原計劃設計使用一臺燃燒爐匹配三臺中等功率的磨煤噴粉機，考慮到設備及設計余量，修正為3臺大功率設備，確保使用穩定性。

2.2 煤質的要求

煤炭的成分、粒徑、熱值決定了燃燒的質量，對煤質作如下技術要求：

(1)進料粒徑<15mm，研磨后粒徑須控制在約200目(±10%)。

(2)根據調研結果，以大同煤為標準，熱量≥5500kcal/kg。

(3)揮發物百分比≥25%，達到揮發份時燃點升高，燃燒困難。

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

(5)嚴格控制粉煤含水量，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，煤灰燃點應高于1430℃。

2.3 注意事項

(1)大部分高速公路建設于郊野甚至山區，混合場地多為臨時用地。在考慮場地的布局時，應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計劃，以避免由于不準確的購買或臨時購買引起的質量波動。

(2)一般而言，煤粉燃燒會產生灰份，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節風門增大除塵箱內負壓，同時加強監控力度防止出現排粉不及時等現象發生。

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

(4)煤粉燃燒易產生二氧化硫，增加骨料的酸性。可采用一定配比的石灰水進行堿性沖洗。

(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，必須用木材或煤炭進行烘烤，以有效去除設備中的水分。 烘烤方法如下：以25℃/h升至110℃保溫6個小時以上；以40℃/h升至400℃保溫6個小時以上。在烘烤過程中，應嚴格控制溫度梯度，溫升不應太快。過高的溫度梯度容易導致爐身損壞。

3 油改煤技術經濟效益分析

工程所需的瀝青混凝土全部由日工NBD320ABZ瀝青拌合站拌和。根據路面項目的多年施工經驗和數據統計，瀝青拌合站使用重油加熱骨料生產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，市場價格為4600元/t，而粉煤的市場價格僅為660元/t。

瀝青混凝土拌合站使用不同燃料加熱，生產每噸瀝青混合料的成本對比如表1所示。

表1 瀝青混合料的生產成本對比

項目共計生產瀝青混合料426799.5t，分別計算油改煤技術應用前后使用成本，具體如下所示：

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

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

綜合考慮經濟成本，合理推行油改煤技術，可直接節約成本9812691元，經濟效益顯著。

4 結論

瀝青混合料加熱燃油改煤技術具有很強的技巧性，多個施工單位或項目均在探索其應用條件及規范，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使用情況來看，在保有優質燃煤的基礎上，采用適合選定拌和樓的燃燒爐，配合工作性能可靠的研磨、燃燒設備部件，加之以規范化技術管理，油改煤技術的使用效果顯著。

油改煤技術的應用具有良好的經濟效益和廣泛的應用前景，尤其是燃油成本逐年升高的基礎上，則更突顯出燃煤技術的優勢，特別適合煤炭資源豐富地區高速公路瀝青混凝土路面的施工。