沥青拌合设备油改气对环境的影响

谈文晶

(上海公路桥梁集团有限公司道路工程公司，上海 200435)

近年，我国经济快速增长，公路交通建设也保持快速发展，“十二五”期间公路建设资金总需求为5万亿元，各地大型沥青混凝土搅拌站亦日益增多。而沥青混凝土搅拌站在生产过程中会对环境造成污染，尤其在骨料的烘干、加热、筛分、搅拌等主要生产工艺工作过程中均会产生一定量的粉尘，骨料在干燥过程中燃料燃烧时产生大量的氮、硫氧化物，沥青在加热过程中挥发的烟气(俗称兰烟)等，直接排入大气将对周围的环境造成严重的污染［1］。

混合骨料加热时要求燃料燃烧后能使骨料温度升到合适的温度并对骨料不造成污染，并且能保持生产连续性［2］，所以，沥青搅拌站在燃料的选择方面尤其关键，既要考虑经济因素也要减少对环境的污染以及能源的消耗。目前国内大部分沥青混凝土搅拌站加热所用的原料主要是柴油、重油和煤粉。重油、柴油都是石油提炼的产物，柴油是轻质石油产品，重油是介于固体煤炭燃料与轻质石油燃料之间的粘稠燃烧料［3］，重油、柴油燃烧时容易产生烟尘。近年液化天然气(LNG)作为一种环保节能的新型能源已被广泛关注。

本文主要通过对1台沥青拌合设备油改气技术进行改造，比较改造前后以重油、柴油、天然气为燃料燃烧过程对环境的影响并对能其能源安全和经济进行讨论分析。

1 油改气改造概况

1.1 生产改造基本情况

本项目对1台沥青拌合设备骨料加热技术进行改造，建设1座LNG气化站(以替代原重油燃料)，内设1台储量为20 m3低温立式储罐(同时配1辆53 m3低温槽车)，最大储气能力为4.4万m3(约等于32 t重油)，项目占地970 m。天然气替代重油、柴油作为加热燃料，年产能规模约为年产15万t沥青砼混合料。将原来的重油、柴油燃烧器替换成天然气燃烧器，对燃烧器的控制系统进行更改，与原有控制系统连接，增加PLC控制系统，更换后燃料为液态天然气。另外增加调压装置、燃气供气管道及计量装置和消防装置。

1.2 工艺流程

对LNG储罐、增压撬、气化撬、调压加臭撬进行配管设计，出站管道至中低压柜调压后低压输送。流程图见图1。

图1 LNG气化站工艺流程

液化天然气(LNG)通过LNG储罐车运送，在装卸台处的卸车增压器使槽车增压，可利用压差向低温绝热储罐输送液体，不需要额外消耗动力，使用时，储罐内的LNG通过增压器增压自流进入空温式气化器，在气化器中液态天然气与空气交换热，发生相变，产生气体。在气化器的加热段升高温度，夏季气体温度最高达到20℃，冬季空温式气化器出口温度低于－5℃时开启电加热气化器换热后，经调压、加臭进入中压输气管网输送至中低压调压柜低压输送。

LNG储罐日蒸发率大约为0.15%，这部分自然蒸发的气体(B O G)如果不及时排出，将造成储罐压力升高。LNG槽车卸载后，会残留部分气体天然气，由于其温度过低，对后续设备可能产生损坏。储罐蒸发的B O G和槽车卸车的B O G通过1台B O G加热器加热后进入B O G储罐储存，循环使用，增加资源的利用率。经过加热的气体调压后(辅线)接入加臭前管道(主线)，经加臭后送入中压(0.7～0.8 MPa)输气管网输送至中低压调压柜(5000～6000 Pa)低压输送。

低压输送天然气至燃烧器点火燃烧，燃烧产生的热能用于生产。

2 环境影响结果分析

2.1 重油、柴油、天然气为燃料燃烧产物

根据GB 13271—2014《锅炉大气污染物排放标准》中锅炉大气污染物排放浓度限值，天然气、重油、柴油燃烧污染物排放情况见表1。

表1 3种燃料燃烧产物的比较

由表1可见，S O2、N Ox、烟尘排放浓度都减少，S O2排放浓度是原来的1/7;氮氧化物排放浓度是原来的1/2;直接从外观上观察，黑度也降低了。

LNG燃烧后，S O2、N OX、烟尘排放都有明显下降，烟尘减少最为明显，其次是S O2，说明天然气对空气颗粒物浓度改善明显;不见黑烟，比起重油、柴油属于清洁能源，但并不如逾期的环保性能优越［4］，还是存在一定的S O2排放，N OX排放量也较多，烟尘排放控制效果明显。

2.2 重油、柴油、天然气为燃料燃烧噪声排放

3种燃料噪音排放见表2，通过表2可以得出沥青拌合站骨料燃烧设备由重油燃烧器改成天然气燃烧器之后，噪声的变化较小，控制室和设备前噪声分别减少了 0.6 dB(A)与 0.2 dB(A)，符合 GB/T 17808—2010《道路施工与养护机械设备沥青混合料搅拌设备》标准。工业厂界噪声降低了3%，改善效果较明显，符合GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2类标准。

表2 3种燃料燃烧噪声排放比较 dB(A)

由表2可见，对于操作人员噪声改善并不是很明显，与原设备相比，噪声改善方面效果甚微。但对远离设备的周边居民有一定的改善。

2.3 3种燃料的技术性能比较

3种燃科技术性能比较结果如表3所示。

表3 3种燃料技术性能比较

由表3可见:

(1)重油、柴油的燃烧热效率比天然气低;

(2)天然气燃烧不需要进行预热。重油燃烧前，必须要进行预热，使其加热变成流体状态才可以经喷嘴喷射燃烧，这个部分加热所需要的热量约为全部耗能的10%;

(3)天然气杂质较少。重油、柴油燃烧时容易造成燃烧器的喷嘴堵塞，需要每周清理，在多次清理喷嘴后，容易把喷嘴捅大，会造成与空气混合比失调，黑烟增多，燃烧效率降低;因此，选择重油时，其硫含量越低越好，一般应小于3%［5］;

(4)重油、柴油燃烧后产生S O2较多，S O2遇水呈酸性，对除尘布袋以及设备造成腐蚀损害，由于重油、柴油燃烧不完全，产生油烟会糊住布袋，影响除尘效果;

(5)使用重油、柴油火焰形状难以调整，对烘筒的倒料板及扬料板烧损较重，约生产20万t左右需更换1次;

(6)天然气燃烧需要能源较少，能源利用率高，保养次数较少，额外设备少，减少环保设备损耗。

3 资源、能源利用、经济分析

3.1 资源、能源利用

(1)使用重油、柴油等燃料经常会出现有质量不稳或燃烧不完全等现象，造成沥青砼质量下降以及尾气排放环境不达标，无形的浪费损失加大。

(2)回收槽车卸车后的气相天然气和储罐卸液后的气相天然气及储罐产生的超压气相天然气利用B O G换热器可回收槽车内的高压闪蒸气，经辅线进入出站管网;另外，气液连通管线(旁通)用于回收液相软管段的LNG，在必要情况下(开车和每次卸车前)，也可以利用储罐闪蒸气对液相管道进行预热。

(3)参数采用就地及控制室显示，并通过站控系统对生产过程进行监视，使压力、液位、温度、燃气泄漏等指标能够根据实际情况精确控制，保证了运行优化，从而减少了能量损耗。

(4)采用自然通风空温式气化器，减少电能消耗。

3.2 能耗经济分析

能耗按日需1 500 kg石油气估算，3种燃科经济能耗见表4。

表4 3种燃料经济能耗

由表4可见，天然气能源消耗比重油、柴油燃烧器少，较经济。

4 运行使用建议

(1)选用含硫杂质较少的天然气，有助于设备腐蚀性降低，改善空气质量。

(2)尽量循环利用B O D闪蒸气，提高能源的利用率。

(3)加强密闭生产管理和设备的检修、维护，及时更换易损部件，将项目无组织废气的污染降至最小，杜绝非正常排放发生，提高天然气使用的安全性。

(4)对于设备尾气凝结的水蒸气考虑循环利用。

5 结语

LNG改造项目对于大气环境具有一定的改善作用，可作为沥青拌站优先考虑的环境改善方式之一，但S O2、N OX改善不如预期。改造后的烟尘、粉尘减少，对职工的工作环境有所改善，有助于减少职业病的发生。天然气热利用率较高，且设备操作简单，维护费用较低，具有一定的经济性。但LNG改造对于场地建设方面有一定的要求，对于面积较小企业有一定的困难。

［1］朱文天，强制间隙式沥青混合料搅拌设备技术剖析之二—环境保护与污染排放［J］.交通世界，2013(5):56－57.

［2］邱影，丁伊章.沥青搅拌设备重油然燃烧器的应用与维护［J］.交通世界，2007(8):40－41.

［3］周振峰，吴仕高，郑满山.沥青拌合设备柴油燃烧系统的重油改造［J］.广东科技，2006(11):104－105.

［4］曹贵林，张耀磊，杨伟.沥青拌合楼油改气技术的应用［J］.公路交通科技，2012(8):187 －189.

［5］校峰，石磊，王诚，等.液化天然气建设项目环境影响评价中工程分析的要点［J］.石油与天然气化工，2013(4):424－428.