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(zhàn)略規(guī)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(chǎn)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(jié)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(xiàn)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(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(diào)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(tǒng)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(shù)。

1.1 主要技術參數(shù)

南陽亞龍Y6SMF系列煤粉燃燒裝置各備選型號主要參數(shù)情況。

表1 煤粉燃燒裝置各備選型號主要參數(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.燃煤能力是指在標準的狀態(tài)下，對應煤粉燃燒器燃燒的煤粉低位發(fā)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(lián)合循環(huán)燃燒系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過三次送風實現(xiàn)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(wěn)燃盤湍流擴散再循環(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(huán)形管的內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)內(nèi)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(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口中的環(huán)形管道進入，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(tǒng)、燃燒器等。

(2)助燃系統(tǒng)

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

(3)電器系統(tǒng)

系統(tǒng)電器均配有自動保護裝置，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，進行溫度或熱量的自動反饋調(diào)節(jié)。

(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(zhuǎn)具有低速、平穩(wěn)、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(huán)燃燒性能。

(5)供風系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括相應的風扇、供氣管道、風量控制閥等。根據(jù)用戶的實際溫度需求，可以合理調(diào)節(jié)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(tǒng)指標參數(shù)，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(tǒng)之間的匹配是由項目用拌和樓的設計產(chǎn)能所決定的。拌和樓較大的產(chǎn)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(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)作如下技術要求：

(1)進料粒徑<15mm，研磨后粒徑須控制在約200目(±10%)。

(2)根據(jù)調(diào)研結果，以大同煤為標準，熱量≥5500kcal/kg。

(3)揮發(fā)物百分比≥25%，達到揮發(fā)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(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(qū)，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(chǎn)計劃，以避免由于不準確的購買或臨時購買引起的質(zhì)量波動。

(2)一般而言，煤粉燃燒會產(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)風門增大除塵箱內(nèi)負壓，同時加強監(jiān)控力度防止出現(xiàn)排粉不及時等現(xiàn)象發(fā)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(chǎn)生二氧化硫，增加骨料的酸性?？刹捎靡欢ㄅ浔鹊氖宜M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(jīng)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(jù)路面項目的多年施工經(jīng)驗和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，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(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

項目共計生產(chǎn)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(tǒng)設備安裝費用55萬元)。

綜合考慮經(jīng)濟成本，合理推行油改煤技術，可直接節(jié)約成本9812691元，經(jīng)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(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使用情況來看，在保有優(yōu)質(zhì)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(guī)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(jīng)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(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。