孙 令 苓
(中铁十四局集团第一工程发展有限公司，山东 日照 276826)
石油焦替代重油燃料的可行性分析
孙 令 苓
(中铁十四局集团第一工程发展有限公司，山东 日照 276826)
对沥青路面施工中以石油焦替代重油加热的问题作了研究，并从两者的理化特点、设备改进、成本费用、施工实践等方面分析了替代的可行性、经济性和必要性，对实现节能减排有长远的意义。
路面施工，石油焦，重油，经济
0 引言
化石能源是人类社会赖以生存的物质基础,是经济社会发展的重要资源。到目前为止，化石能源是全球消耗的最主要能源。随着社会的发展，工业化进程的不断加快，化石能源需求量越来越大，开采量逐年加大，世界化石能源可开采资源越来越少，化石能源价格不断攀升，导致许多高耗能燃油企业能源成本不断增加，盈利空间不断受到挤压。许多企业为了降低能源成本，不断探索开发新的能源替代品。随着近年对石油焦利用研究的发展,石油焦由于在替油燃料方面的优越性进入了企业的研究视野。石油焦是炼油厂延迟焦化的产物,具有热值高、挥发低等特点，在火焰的清洁度和燃料热值方面能够很好地接近重油的燃烧效果，更为重要的是石油焦价格目前仅为重油价格的1/3～1/2,是一种相对廉价的替油燃料。随着我国经济的不断增长和对能源需求的增加,以及原油的重质化、劣质化和原油深度加工技术的发展,燃料级石油焦产量增长的情况将进一步持续,这为石油焦应用提供了一种潜在的能源储备。
1 石油焦粉与重油理化性能比较
1)石油焦粉与重油热当量比较。
石油焦粉热值约为8 500 kcal/kg～8 600 kcal/kg,重油约为9 500 kcal/kg～9 600 kcal/kg，燃烧1.05 kg～1.1 kg石油焦粉与燃烧1 kg重油热值相当，通过实验，石油焦粉燃烧时火焰温度可稳定在2 000 ℃左右，完全满足加热系统需要。
2)石油焦粉与重油成分比较。
石油焦粉各项指标与重油类似，石油焦粉燃烧时与重油燃烧，火焰长度、扩散面、火焰形状等优于重油或类似，因石油焦燃料特性，火根温度比重油低。减轻了碹脚部位的烧蚀，因此不会造成对燃烧器的异常烧蚀。
3)石油焦粉与重油燃烧产生水分含量比较。
重油元素组成：碳86.4%；氢12.7%；每吨重油含氢127 kg，可产生1 143 kg水。石油焦粉替代1 t重油时，其物理化合成水分约1 030 kg，等热值水焦浆生成水分比重油略少或接近。石油焦粉在雾化燃烧过程中水分呈微料状，高温下迅速气化并随烟排放，不会对燃烧耐火材料造成异常侵蚀。
4)石油焦粉与重油燃烧需氧量比较。
重油含碳86.4%，含氢12.7%，燃烧1 t重油需氧约3 320 kg。石油焦粉含碳95.5%，含氢3.8%，石油焦粉替代1 t重油时需氧3 317 kg。两者需要氧气量相近，需要助燃风量相同，产生的废气量接近。石油焦由于厂家及牌号等级的不同，如含硫量、含水量、灰分、热值等理化指标略有差异，所产生的废气量略有改变，对燃烧情况无不利影响。
2 石油焦粉与重油经济比较
举例说明:在沥青路面施工中的关键设备,沥青拌合站，在其运行成本构成中,燃料成本占了相当大的比重，现在市场上拌合站加热系统基本上都是以重油为燃料进行加热。通过对现有重油加热系统进行改造,更换燃烧系统及供料系统，实现以石油焦粉代替重油作为沥青拌合楼的加热燃料，使燃料成本降低，对比如下：
1)重油。
路面施工用重油根据区域不同其重油价格也不相同，但价格基本在4 100元/t，根据施工经验按每吨沥青混合料用量在6.5 kg～7 kg计算，每吨沥青混合料的成本在26.65元(按4.1元/kg×6.5 kg计算)，但是每层沥青混合料的温度要求不一样，沥青混合料温度要求高的情况下重油用量就会增大，这样成本也会增加，按用量最大其每吨沥青混合料成本为28.7元，且有时重油水分大、质量不好等情况还会影响沥青混合料的加热温度，造成材料的浪费损失。每加热1 t沥青混合料重油成本平均为(26.68+28.7)/2=27.69元/t。
2)石油焦粉。
石油焦粉与重油燃烧值相近，每加热1 t沥青混合料用量和重油用量基本相等，也按6.5 kg～7 kg计算。石油焦粉单价为2 000元/t。最低成本为2×6.5=13元/t；最高成本为2×7=14元/t。每生产1 t沥青混合料的加热成本为(13+14)/2=13.5元/t。
经对比分析可得：每生产1 t沥青混合料，使用石油焦粉比使用重油可节约成本13.69元/t，节约率为49.4%，极大的节约了施工成本。
3 设备改造方面
沥青拌合站加热系统重油改用石油焦粉加热，现在比较成熟的做法是将原来烧重油的燃烧器更换成能烧石油焦粉的燃烧器，另外再增加一些相关的辅助配套设施。目前市场上生产石油焦粉燃烧系统设备的厂家较多，技术已经比较成熟，完全能满足客户需要，市场价格不一，一般成套设备在210万元左右。
石油焦粉燃烧系统设备组成：石油焦粉输送喷吹燃烧系统，运用粉体流量控制技术，空气稳压技术，粉体流态化技术，粉体喷射技术，和PCL可编程控制技术相结合，满足窑炉各项工况要求。要求燃料与空气混合浓度适中、流态化性能好、管内压力和流速极为稳定、喷吹火焰长短可调、燃料喷出浓度可调、保持炉内火焰稳定燃烧、火焰刚度好、形状好、亮度好、燃烧率极高、无断火现象。一次调整后保持窑炉温度稳定，火焰长度稳定。系统由三大部分组成。
1)磨粉系统，原焦磨制达窑炉燃烧使用。
一般将石油焦自然晾干后，投入上料仓，经皮带机自动供给锤式破碎机，破碎到一定规格的颗粒后，再输送给粉碎机上的储料仓，储料仓再供给磨机进行研磨，磨机利用旋风和布袋收尘装置将符合标准粒度的石油焦粉分选收集到收尘器内，由关风阀将符合标准的石油焦粉排出，因多点排料，经U形螺旋纹刀收集成单点排料后，采用气力输送设备将成品石油焦粉输送至燃料输送喷出系统的储料仓内。其工艺流程以及全套设备如图1所示。
2)成品粉进仓及除尘安保系统。
成品粉输送同样采用流态化技术和气力压差原理相结合，来达到粉体物料输送目的。由于石油焦粉比重轻，粒度小，流动性好，含水率低，输送十分顺畅，难度小。根据配置，采用低压连续输送方式，动力气源利用罗茨风机。低压连续输送具有以下优点：无阀门频繁动作，故障率极少，运行平稳，无堵管现象，可无人值守。输送管内流速较低且恒定，磨损小，无冲击负荷，设备寿命长，体积小，安装简单，检修方便，无泄漏，符合环保要求，投资省，运行费用低，特别适合磨机连续运行。考虑环保要求及进料仓安全增设除尘等安保设施，达国家环保排放要求。
3)发送及燃烧设备。
此为设备技术核心，要求稳定为重中之重，为稳定而设置一定的装备，确保窑炉在使用过程中连续、均匀、稳定。
石油焦粉加热系统基本设备配套清单见表1。
4 施工实践
根据我公司(中铁十四局一公司)实际使用经验总结，公司首次使用在山东省济南至乐陵的“济乐高速”路面施工中。石油焦粉替代重油燃料，是与承包商直接签订的总承包加工合同，包括石
油焦、加热系统成套设备、操作及管理人员等都由其承包商提供，每加热1 t成品沥青混合料加工单价为18元，因温度不够等造成的材料浪费损失均由承包商承担。此项目沥青混合料数量大约在48万t，按48万t沥青混合料用重油(价格27.69元/t)计算其成本为13 291 200元，使用石油焦粉其成本为8 640 000元，使用石油焦粉比使用重油可节约资金4 651 200元，节约率为35%(含设备改造成本)。如果自购更换加热设备，一次投资，分摊到几个项目使用，会进一步降低加热生产成本。
表1 石油焦粉加热系统基本设备配套清单
5 结语
在“济乐高速”6个标段中其中有4家标段都使用了石油焦粉，根据4家施工实践，完全满足施工需要，在沥青加热温度控制上跟重油一样温度可控、均匀、稳定，因而在技术上已经达到成熟，在经济上石油焦代替重油是完全可行的。此项技术可推广到其他的燃料高耗能生产企业，在目前国际能源紧缺的情况下，对公司创效及国家节能减排都具有重大意义。
[1] 理化特性[Z].网络资料.
[2] 南京大学射海科技研究所(南京中正天元能源设备有限公司).设备改造图纸及相关配套资料[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
孙令苓(1973- )，男，经济师
U241.1
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