煤制气技术在高速公路沥青混凝土拌和站中的应用探究

煤制气技术在高速公路沥青混凝土拌和站中的应用探究

祁志才

辽宁省交通工程有限公司 110022

摘要：沥青混凝土作为高速公路路面的主要结构材料，在传统生产中是以重油为燃料，与沥青集料加热混合而成。近年来，重油生产的沥青混合料由于生产成本高、对设备腐蚀性强、尾气中有毒有害物质浓度高，已逐渐被天然气、煤炭等技术替代制气。本文主要分析煤制气技术在高速公路沥青混凝土搅拌站中的应用。

关键词：沥青混凝土；拌和站；煤制气；可燃气体；高效洁净；经济效益

引言

与传统的重型燃料相比，煤炭生产技术将煤粉转化为燃料气体，燃烧点高，稳定性高，燃烧更加全面，燃烧效率高；并且煤炭生产对设备没有腐蚀作用，生产设备故障率大大降低，生产效率大大提高；与此同时，利用煤炭生产设备生产沥青混合料可以减少能源消耗，有效降低生产成本，减少碳和硫的排放，避免使用重油造成的污染，实现节能和减少排放。

1、煤制气技术简介

20号高速公路TF-M03合同部分于2019年底开始整修和升级沥青混合料大楼，将传统重油加热设备改造成节能环保煤和煤气生产设备，翻修工作于2020年3月完成，并全面投入运作。

1.1煤制气设备

煤炭生产设备以干煤粉为原料，空气为气化剂，在专门设计的微正压气流床气化反应器中生产高效清洁的合成气体，主要燃料成分为co和H2。高温气体通过燃气管道进入专用燃烧器，在燃烧器内空气和燃烧空气混合后直接燃烧释放热量，加热沥青颗粒产生沥青混合料。反应堆内壁的热量由导热油回收，回收的热量由通风机通过空气开关加热，有效提高燃料利用效率，节约燃料消耗，降低生产成本。煤炭生产设备包括四个主要系统:导热油循环系统、柴油点火系统、气化反应系统和燃烧系统，其中导热油循环系统用于反应堆的散热和再利用；柴油点火系统用于上游反应器加热，以便下游引入的煤粉能够正常产生气体；气化反应系统是所有设备的核心，输入的干煤粉用于响应室内产生气体；燃烧系统使用它生产的气体正常燃烧和加热沥青骨料。

1.2工作原理

煤炭生产设备煤粉气化反应是一个复杂的物理化学过程，最初可分为一级反应区、二级反应区和二级反应共存区。第一反应区(氧化层) :进入第一反应区的主要试剂是氧气、煤粉和二氧化碳、H2等。煤进入煤气炉后，接受火焰、炉内壁、高温气体、固体等产生的放射性热量。有热裂纹，释放挥发的现象、开裂的产物等易燃成分。它在高温空气环境中充分迅速地燃烧，释放出大量热量。

2、煤制气与重油对比分析

采用性能对比，沥青混凝土搅拌站分别用煤生产气体，用传统重油生产沥青混合料，结果如下:(1)气味。重油在室温下具有很大的气味，在60℃以上加热时会发出特别刺激性的气味。相比之下，煤在室温和温暖的时候没有气味(2)腐蚀。目前出售的重油大多具有高度腐蚀性，因此需要频繁更换燃烧器喷嘴；与此同时，长期使用重油会损坏供热管道，导致热导油进入重油罐，从而可能引发爆炸，风险更高。相对来说，煤炭生产不具有腐蚀性，对设备也没有危害3)稳定性。重油的纯度和含水量各不相同，往往导致沥青混凝土搅拌站因重油质量问题而关闭；据统计，50%以上的混合和混合站停机时间是由于重油造成的。煤粉点火成功率为100%，只要煤粉点火后继续可用就不会熄灭。稳定性很好，特别适合工作和持续经营(4)对骨料和袋的影响。重油燃烧时，每单位时间消耗量大，大部分重油由于液体而没有完全雾化。尚未完全燃烧的重油部分粘在帷幕区域的颗粒上，影响到颗粒和沥青的复盖面，因为其酸性；另一部分进入洗衣粉，粘在布袋上，使布袋变黑，缩短了使用寿命，一般需要更换布袋，生产约40万吨绕组。煤粉产生高达99%的热气体转化率，热气体燃烧很干净，没有物质由于非黏附性油类物质，袋装织物的使用寿命要长得多，通常不需要更换袋装织物即可正常生产大约100万吨的沥青混合料。

3、项目效益分析

目前，市场上的其他燃烧方法有以下缺点:煤炭直接燃烧:现场制备过程中的严重污染；碳转化率低(约65%)，加热每吨混合物需要15公斤煤粉。未烧煤粉与骨料和再生粉末混合，影响骨料和沥青的包装区域；温度控制精度差，不能满足高质量绕组的温度控制要求；燃烧器内部的耐火砖容易损坏，需要定期维护和更换。目前，环境保护部禁止直接燃烧煤炭。串联混合机容量有限，由于碳转化率低，当串联混合机4000甚至5000台时，搅拌站容量只能达到额定容量的80%左右，不可能通过增加煤粉量来增加设备容量。使用重油:现场气味严重:重油一般应加热至60 ~ 80℃，重油的轻组分挥发时会产生强烈的刺激性气味；严重腐蚀:重油由于高度腐蚀的材料而过早损坏输送管道、泵头和燃烧器头；稳定性差:温度过高、过低、脱水不全或外部环境温度的影响，再加上石油产品的不规则性，很容易导致早上没有第一个点火点，对生产组织和能力造成严重影响；对混合物质量的影响:在燃烧过程中，重油仅燃烧约86%的重油，将未燃烧的残馀物粘在帷幕通道区的颗粒表面，酸性物质影响到颗粒包装区和沥青，对混合物的耐久性产生重大影响；洗衣袋寿命受影响:将未燃烧的稠油附着于袋内，从而缩短了袋装的寿命；排放物造成的严重污染:重油的含硫量通常超过2.5%，重油燃烧后，硫以氧化物的形式排放到大气中；高使用成本。天然气的使用:由于靠近管道的限制和高速公路建设的临时性，天然气工业总会在高速公路建设中的开放和铺设费用太高；由于需要使用特殊储存库，现场空间有限，天然气站通常位于城市地区，供应缓慢；工程的不连续性和LNG储层的特点决定了储层中的天然气必须向外排放，安全性差，当LNG储层过长时损失较大；LNG需要特定的气化设备将液态转化为气态。目前的气化能力有限，这限制了生产能力，因为在大型发电厂生产时供气不足。

4、项目推广建议

4.1应用条件

使用煤炭作为沥青混合料生产设备的燃料，对提高沥青混合料质量、降低生产成本、提高生产效率和减少环境污染具有重大影响。建议在煤炭生产丰富、运输方便、管道不易安装的山区高速公路混合站推广大规模使用。

4.2推广建议

煤具有燃烧效率、废物量低、废物清理设施、二氧化碳和粉尘排放低、以及使用煤作为沥青混凝土发电厂的供热燃料等特点，有利于加快工程进度和确保工程质量。加热系统和燃料燃烧效率在一定程度上决定了搅拌设备的生产效率水平。与粘度高、杂质含量高、流动性差的重油相比，煤碳燃烧效率高、清洁、无杂质，而且用作磨煤机加热燃料的煤碳利用率高于重油，因此磨煤机使用煤碳煤炭作为加热燃料，燃烧价值高，残留物少，在加热过程中能使石头免受其他物质污染，石头表面清洁，所有空地都开放，沥青和石头在高温下的吸附能力提高，沥青混合料的搅拌质量提高减少机械设备的保养和维修率。在一次和二次除尘系统中，绝大多数粉尘经洗衣袋排出后集中处理，粉尘干燥，无杂质，干粉和棉袋无吸附力，织物袋污染较低，名称环境污染小。煤炭燃烧充足，残留物少，废物处理容易，粉尘排放低，空气污染低。

结束语

通过比较燃烧性能、能源消耗和传统重油排放，可以看出煤炭燃烧稳定有效，沥青混合料生产的能源消耗低，碳和硫排放低，以及避免重油燃烧造成的污染是可能的，节能减排效果良好，同时项目生产沥青混合料的节能、经济和环保效益测算数据表明，煤制气技术节能效益显著，沥青混合料生产成本有效降低，环保效益良好。

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