石油焦替代重油燃料的可行性分析

孫 令 苓

(中鐵十四局集團第一工程發(fā)展有限公司，山東 日照 276826)

石油焦替代重油燃料的可行性分析

孫 令 苓

(中鐵十四局集團第一工程發(fā)展有限公司，山東 日照 276826)

對瀝青路面施工中以石油焦替代重油加熱的問題作了研究，并從兩者的理化特點、設(shè)備改進、成本費用、施工實踐等方面分析了替代的可行性、經(jīng)濟性和必要性，對實現(xiàn)節(jié)能減排有長遠的意義。

路面施工，石油焦，重油，經(jīng)濟

0 引言

化石能源是人類社會賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ),是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要資源。到目前為止，化石能源是全球消耗的最主要能源。隨著社會的發(fā)展，工業(yè)化進程的不斷加快，化石能源需求量越來越大，開采量逐年加大，世界化石能源可開采資源越來越少，化石能源價格不斷攀升，導(dǎo)致許多高耗能燃油企業(yè)能源成本不斷增加，盈利空間不斷受到擠壓。許多企業(yè)為了降低能源成本，不斷探索開發(fā)新的能源替代品。隨著近年對石油焦利用研究的發(fā)展,石油焦由于在替油燃料方面的優(yōu)越性進入了企業(yè)的研究視野。石油焦是煉油廠延遲焦化的產(chǎn)物,具有熱值高、揮發(fā)低等特點，在火焰的清潔度和燃料熱值方面能夠很好地接近重油的燃燒效果，更為重要的是石油焦價格目前僅為重油價格的1/3～1/2,是一種相對廉價的替油燃料。隨著我國經(jīng)濟的不斷增長和對能源需求的增加,以及原油的重質(zhì)化、劣質(zhì)化和原油深度加工技術(shù)的發(fā)展,燃料級石油焦產(chǎn)量增長的情況將進一步持續(xù),這為石油焦應(yīng)用提供了一種潛在的能源儲備。

1 石油焦粉與重油理化性能比較

1)石油焦粉與重油熱當(dāng)量比較。

石油焦粉熱值約為8 500 kcal/kg～8 600 kcal/kg,重油約為9 500 kcal/kg～9 600 kcal/kg，燃燒1.05 kg～1.1 kg石油焦粉與燃燒1 kg重油熱值相當(dāng)，通過實驗，石油焦粉燃燒時火焰溫度可穩(wěn)定在2 000 ℃左右，完全滿足加熱系統(tǒng)需要。

2)石油焦粉與重油成分比較。

石油焦粉各項指標(biāo)與重油類似，石油焦粉燃燒時與重油燃燒，火焰長度、擴散面、火焰形狀等優(yōu)于重油或類似，因石油焦燃料特性，火根溫度比重油低。減輕了碹腳部位的燒蝕，因此不會造成對燃燒器的異常燒蝕。

3)石油焦粉與重油燃燒產(chǎn)生水分含量比較。

重油元素組成：碳86.4%；氫12.7%；每噸重油含氫127 kg，可產(chǎn)生1 143 kg水。石油焦粉替代1 t重油時，其物理化合成水分約1 030 kg，等熱值水焦?jié){生成水分比重油略少或接近。石油焦粉在霧化燃燒過程中水分呈微料狀，高溫下迅速氣化并隨煙排放，不會對燃燒耐火材料造成異常侵蝕。

4)石油焦粉與重油燃燒需氧量比較。

重油含碳86.4%，含氫12.7%，燃燒1 t重油需氧約3 320 kg。石油焦粉含碳95.5%，含氫3.8%，石油焦粉替代1 t重油時需氧3 317 kg。兩者需要氧氣量相近，需要助燃風(fēng)量相同，產(chǎn)生的廢氣量接近。石油焦由于廠家及牌號等級的不同，如含硫量、含水量、灰分、熱值等理化指標(biāo)略有差異，所產(chǎn)生的廢氣量略有改變，對燃燒情況無不利影響。

2 石油焦粉與重油經(jīng)濟比較

舉例說明:在瀝青路面施工中的關(guān)鍵設(shè)備,瀝青拌合站，在其運行成本構(gòu)成中,燃料成本占了相當(dāng)大的比重，現(xiàn)在市場上拌合站加熱系統(tǒng)基本上都是以重油為燃料進行加熱。通過對現(xiàn)有重油加熱系統(tǒng)進行改造,更換燃燒系統(tǒng)及供料系統(tǒng)，實現(xiàn)以石油焦粉代替重油作為瀝青拌合樓的加熱燃料，使燃料成本降低，對比如下：

1)重油。

路面施工用重油根據(jù)區(qū)域不同其重油價格也不相同，但價格基本在4 100元/t，根據(jù)施工經(jīng)驗按每噸瀝青混合料用量在6.5 kg～7 kg計算，每噸瀝青混合料的成本在26.65元(按4.1元/kg×6.5 kg計算)，但是每層瀝青混合料的溫度要求不一樣，瀝青混合料溫度要求高的情況下重油用量就會增大，這樣成本也會增加，按用量最大其每噸瀝青混合料成本為28.7元，且有時重油水分大、質(zhì)量不好等情況還會影響瀝青混合料的加熱溫度，造成材料的浪費損失。每加熱1 t瀝青混合料重油成本平均為(26.68+28.7)/2=27.69元/t。

2)石油焦粉。

石油焦粉與重油燃燒值相近，每加熱1 t瀝青混合料用量和重油用量基本相等，也按6.5 kg～7 kg計算。石油焦粉單價為2 000元/t。最低成本為2×6.5=13元/t；最高成本為2×7=14元/t。每生產(chǎn)1 t瀝青混合料的加熱成本為(13+14)/2=13.5元/t。

經(jīng)對比分析可得：每生產(chǎn)1 t瀝青混合料，使用石油焦粉比使用重油可節(jié)約成本13.69元/t，節(jié)約率為49.4%，極大的節(jié)約了施工成本。

3 設(shè)備改造方面

瀝青拌合站加熱系統(tǒng)重油改用石油焦粉加熱，現(xiàn)在比較成熟的做法是將原來燒重油的燃燒器更換成能燒石油焦粉的燃燒器，另外再增加一些相關(guān)的輔助配套設(shè)施。目前市場上生產(chǎn)石油焦粉燃燒系統(tǒng)設(shè)備的廠家較多，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，完全能滿足客戶需要，市場價格不一，一般成套設(shè)備在210萬元左右。

石油焦粉燃燒系統(tǒng)設(shè)備組成：石油焦粉輸送噴吹燃燒系統(tǒng)，運用粉體流量控制技術(shù)，空氣穩(wěn)壓技術(shù)，粉體流態(tài)化技術(shù)，粉體噴射技術(shù)，和PCL可編程控制技術(shù)相結(jié)合，滿足窯爐各項工況要求。要求燃料與空氣混合濃度適中、流態(tài)化性能好、管內(nèi)壓力和流速極為穩(wěn)定、噴吹火焰長短可調(diào)、燃料噴出濃度可調(diào)、保持爐內(nèi)火焰穩(wěn)定燃燒、火焰剛度好、形狀好、亮度好、燃燒率極高、無斷火現(xiàn)象。一次調(diào)整后保持窯爐溫度穩(wěn)定，火焰長度穩(wěn)定。系統(tǒng)由三大部分組成。

1)磨粉系統(tǒng)，原焦磨制達窯爐燃燒使用。

一般將石油焦自然晾干后，投入上料倉，經(jīng)皮帶機自動供給錘式破碎機，破碎到一定規(guī)格的顆粒后，再輸送給粉碎機上的儲料倉，儲料倉再供給磨機進行研磨，磨機利用旋風(fēng)和布袋收塵裝置將符合標(biāo)準(zhǔn)粒度的石油焦粉分選收集到收塵器內(nèi)，由關(guān)風(fēng)閥將符合標(biāo)準(zhǔn)的石油焦粉排出，因多點排料，經(jīng)U形螺旋紋刀收集成單點排料后，采用氣力輸送設(shè)備將成品石油焦粉輸送至燃料輸送噴出系統(tǒng)的儲料倉內(nèi)。其工藝流程以及全套設(shè)備如圖1所示。

2)成品粉進倉及除塵安保系統(tǒng)。

成品粉輸送同樣采用流態(tài)化技術(shù)和氣力壓差原理相結(jié)合，來達到粉體物料輸送目的。由于石油焦粉比重輕，粒度小，流動性好，含水率低，輸送十分順暢，難度小。根據(jù)配置，采用低壓連續(xù)輸送方式，動力氣源利用羅茨風(fēng)機。低壓連續(xù)輸送具有以下優(yōu)點：無閥門頻繁動作，故障率極少，運行平穩(wěn)，無堵管現(xiàn)象，可無人值守。輸送管內(nèi)流速較低且恒定，磨損小，無沖擊負荷，設(shè)備壽命長，體積小，安裝簡單，檢修方便，無泄漏，符合環(huán)保要求，投資省，運行費用低，特別適合磨機連續(xù)運行。考慮環(huán)保要求及進料倉安全增設(shè)除塵等安保設(shè)施，達國家環(huán)保排放要求。

3)發(fā)送及燃燒設(shè)備。

此為設(shè)備技術(shù)核心，要求穩(wěn)定為重中之重，為穩(wěn)定而設(shè)置一定的裝備，確保窯爐在使用過程中連續(xù)、均勻、穩(wěn)定。

石油焦粉加熱系統(tǒng)基本設(shè)備配套清單見表1。

4 施工實踐

根據(jù)我公司(中鐵十四局一公司)實際使用經(jīng)驗總結(jié)，公司首次使用在山東省濟南至樂陵的“濟樂高速”路面施工中。石油焦粉替代重油燃料，是與承包商直接簽訂的總承包加工合同，包括石

油焦、加熱系統(tǒng)成套設(shè)備、操作及管理人員等都由其承包商提供，每加熱1 t成品瀝青混合料加工單價為18元，因溫度不夠等造成的材料浪費損失均由承包商承擔(dān)。此項目瀝青混合料數(shù)量大約在48萬t，按48萬t瀝青混合料用重油(價格27.69元/t)計算其成本為13 291 200元，使用石油焦粉其成本為8 640 000元，使用石油焦粉比使用重油可節(jié)約資金4 651 200元，節(jié)約率為35%(含設(shè)備改造成本)。如果自購更換加熱設(shè)備，一次投資，分攤到幾個項目使用，會進一步降低加熱生產(chǎn)成本。

表1 石油焦粉加熱系統(tǒng)基本設(shè)備配套清單

5 結(jié)語

在“濟樂高速”6個標(biāo)段中其中有4家標(biāo)段都使用了石油焦粉，根據(jù)4家施工實踐，完全滿足施工需要，在瀝青加熱溫度控制上跟重油一樣溫度可控、均勻、穩(wěn)定，因而在技術(shù)上已經(jīng)達到成熟，在經(jīng)濟上石油焦代替重油是完全可行的。此項技術(shù)可推廣到其他的燃料高耗能生產(chǎn)企業(yè)，在目前國際能源緊缺的情況下，對公司創(chuàng)效及國家節(jié)能減排都具有重大意義。

[1] 理化特性[Z].網(wǎng)絡(luò)資料.

[2] 南京大學(xué)射?？萍佳芯克?南京中正天元能源設(shè)備有限公司).設(shè)備改造圖紙及相關(guān)配套資料[Z].

On feasible analysis of replacement of heavy fuel oil with petroleum coke

Sun Lingling

(No.1EngineeringDevelopmentCo.,Ltd,ChinaRailway14thBureauGroup,Rizhao276826,China)

The paper researches the problems in replacing heavy fuel oil with petroleum coke in the asphalt roadbed construction, and analyzes the replacement is feasible, economical and necessary from their physical and chemical features equipment improvement, cost price, construction practice, so it realizes the profound energy-saving and emission reduction.

asphalt heating, petroleum coke, heavy oil, economy

1009-6825(2015)30-0137-02

2015-08-20

孫令苓(1973- )，男，經(jīng)濟師

U241.1

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