油压变送器(煤粉气流床气化技术在沥青拌和站上的应用)

文章来源：微信公众号"沥青路面“

引言

通常沥青拌和站是以重油或柴油为燃料进行生产的，但以柴油为燃料成本太高，近几年已经很少见了；随着石油价格的走高，使用重油的沥青拌和站也逐渐减少。目前，沥青拌和站大多是以经过调和后的中温煤焦油作为燃料进行生产；但由于市场上煤焦油的质量非常不稳定，会给沥青混合料生产带来一系列的问题，例如燃烧不充分影响混合料配比、易引起沥青拌和站除尘系统故障、生产过程中的气体排放严重污染等。

中国是一个富煤、缺油、少气的国家，发展洁净煤技术已经成为国家十二五期间重点支持与发展的项目。洁净煤技术发展的主要方向是煤炭的气化、液化以及煤炭高效燃烧与发电技术等，它是旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制新技术的总称，是当前世界各国解决环境问题的主导技术之一，也是高新技术在国际竞争的一个重要领域。

煤气化技术是洁净煤技术中最为重要的煤炭转化技术，而粉煤气流床气化是当今煤气化技术中最先进的技术。在沥青搅拌站现场将干煤粉高效、洁净地转化为煤气，并且在干燥滚筒上进行燃烧，烘干碎石，满足沥青搅拌站的各种操控技术要求，具备十分显著的经济与环保价值。

人工煤气在沥青搅拌站的气化技术

煤气化制成的合成气可以直接作为燃料，称为人工燃气，成本仅仅为天然气的50%，相对于燃料油、天然气而言，具有价格低廉、清洁环保的特点，已经在冶金、重机锻造、玻璃、陶瓷等行业得到了广泛应用。

沥青混合料骨料加温系统要求点火迅速、快速停机、火焰自动调节，从而控制石料的加热温度。因此，沥青混合料生产的燃料选择必须满足以上要求。

煤粉气流床气化炉生产基本能够满足这些要求，煤气流量可调节范围为20%~110%，煤气流量调节响应时间为3s，能够实现骨料加温自动温控要求。

将煤粉气化炉实际应用到沥青混合料的生产中，急需解决3个问题：使煤粉气流床设备与沥青拌和站生产

工况匹配；高温烟气脱硫，使烟气排放达到国家环保要求；在现有基础上提升碳转化率，减少燃料浪费，降低燃料成本。

为了更好地解决以上3个问题，2013年8月，河北路桥集团有限公司与浙江赤道筑养路机械有限公司针对粉煤气流床技术在沥青拌和站上的应用进行了详细的调研和可行性评估，随后签订项目研发合作协议。

浙江赤道筑养路机械有限公司主要负责气化炉内脱硫技术和提高碳转化率的研究，河北路桥集团有限公司以气化炉在沥青拌和站上应用的适应性研究与改进为主。

骨料烘干控制系统与气化炉控制联动

沥青拌和站骨料烘干系统作为一个大的系统，不仅要求气化炉单体设备的工作稳定，同时也需要与整个沥

青拌和站实现全面自动控制，这是保证整个系统操控性和安全性的重要组成部分，所以如何保证气化装置和骨料烘干的设备联动、实时自动温控，是人工煤气用于沥青混合料生产所需解决的一个重要课题；而且气化炉从点火升温到正常投料再到骨料的温度调节，全部实现自动控制。

气化炉点火到正常投料的自动控制

气化炉点火过程主要是发生碳的完全燃烧反应，根据煤粉在不同燃烧场合下的燃烧特点，一般要求加氧量留有一定的富裕系数，来保证充分燃烧。若氧气过少，则燃烧不充分，气化炉升温较慢，且烟道尾气会冒黑烟；氧气过量会导致气化炉内空气携带出的热量过多，同样会导致气化炉升温过慢。所以，适当的富裕系数才能保证气化炉内的煤粉既燃烧充分，又能快速升温。

根据以往气化炉运行的特点，氧气的富裕系数一般设置在1.3~1.4之间。理论上每公斤煤粉需要8m3空气来保证充分燃烧，所以气化炉通入的空气量应该控制在10.4~11.2m3之间。在这个供气范围内就能够实现煤粉完全燃烧，并且通入的空气不至于严重过量而影响气化炉升温。

原有气化炉主要通过变频调节拨料器的转速来控制煤粉的输送量，通过变频调节风机的转速来调节进风量。尽管理论上电机的转速和煤粉及风机的风量成线性关系，但是实际上并非绝对的线性关系，所以在实际运行中，特别是点火初期，很难自动调节两者的配比。

为了实现气化炉在点火阶段的自动控制，提出改进方案：测量燃烧后烟气的氧含量，根据氧含量的实时数据及时调节煤粉的电机转速和进风风机的电机转速，使烟气中的氧含量一直保持在合理范围内。

具体实施的技术措施为：在气化炉的排气烟道上装一个氧含量探测仪，氧含量探测仪将测量的数据实时反馈给控制模块，控制模块根据采集的数据与设定的数据进行对比，然后调节电机频率或进风风机的电机转速，直到达到设定的范围。根据气化炉的实际运行状况，可以对设定的数据进行微调。

骨料烘干过程中温度的自动控制

项目实施初期，骨料烘干过程中气化炉的投煤和送气量，包括高温合成气的助燃风，主要是根据骨料的进

料速度并参照尾气温度参数来控制。三个电机均采用变频控制，利用风机的转速来调节进煤量和进风量。

以上技术方案从理论上既能实现骨料温度自动控制又能与气化炉联动，但实施过程中却存在致命的缺陷：当骨料的干湿程度变化较大时，不能实现温度的自动控制(因为没有采集最直接的参数——骨料温度，同样流量的骨料干湿程度不同，需要的人工燃气量不同)，也没有办法根据骨料温度的变化整体调节气化炉的进煤量和进风量。

因此，改进后及时增加了骨料温度传感器，把骨料温度和尾气温度接入气化炉控制模块，根据测量温度和设定温度的对比，调节煤粉拨料器、气化风机和助燃风机的频率，从而达到温度自动控制的要求。燃烧重油的控制方式基本类似。

紧急故障的自动停机和热待机运行控制

与钢铁、陶瓷、玻璃制造等行业的加热炉不同，沥青拌和站的加热系统需要经常启停机，因此紧急停机下的系统保护尤为重要。气化设备在煤制气反应过程中是高温设备，系统停机需要一定的顺序和流程；同时，

对于沥青拌和站，会由于前场的需要暂停生产1~2h再继续生产，而气化炉不建议频繁启停。

根据这种要求，改进了气化炉的热待机状态运行方案；气化炉系统也做了紧急停机和热待机2套交互式自动控制系统，煤转气控制系统接入时实现与沥青拌和站系统停机信号联动。沥青拌和站一旦发生故障，气化设备会自动切换至热待机状态；气化设备故障，沥青拌和站启动紧急停机程序；生产过程中沥青拌和站意外故障，使用紧急停机控制程序；当天生产结束，运行待机程序。这样，在拌和站人为紧急停机或故障

停机的情况下，可以杜绝事故发生，保障施工现场的人员及财产安全。

施工现场安全优化

理论上，当人工煤气喷到滚筒然后遇空气即可自燃，但特殊工况下(设备故障造成气化炉工作不正常，不

能产生合格的人工煤气，将直接向滚筒喷射热煤粉)却存在巨大的安全隐患。本改进项目在滚筒端部增加火焰探测器，与气化炉控制模块连锁，当火焰探测器探测不到火焰时，气化炉停止工作，进入待机状态，这样就消除了气化炉工作不正常时向滚筒喷煤粉的情况发生。

气化炉运行过程中工作温度需要稳定在1100℃，必须用循环的导热油来给炉壁散热，因此导热油循环压力的稳定性非常关键。尽管本项目改进前在设备安装时，对导热油循环系统进行了一系列的优化设计，但是没有考虑极端工况(停电、导热油泵故障等)。导热油压力是炉壁散热的保障，在导热油压力不稳定的情况下，气化炉如果还在工作，将致使局部导热油瞬间升温过高，从而发生安全事故。

施工现场人员及时发现了这个巨大的安全隐患，为了解决这一问题，在导热油循环系统安装了压力传感器，与煤粉给料器和鼓风机互锁。这样一来，一旦导热油压力不稳，煤粉电机和送风电机就会立即停止工作，

做到了防患于未然。

煤粉气化炉燃烧装置的组成

通过以上几个方案的设计，完全可以实现骨料烘干与气化设备联动、实时自动温控。工地生产实践也证明，气化设备与沥青拌和站的骨料加温系统的自动联动同样可以实现。

整体组成

用于沥青拌和站的煤粉空气气化系统主要由气化炉系统、柴油点火系统、煤粉输送系统、导热油循环系统、燃烧器系统、高温脱硫等6个部分组成。

煤粉空气气化装置

气化炉系统

气化炉系统包括气化炉本体、烟道、气化风机、助燃风机、底部烧嘴风机、捞渣机、空气预热器、若干仪

表、管道及平台等。烟道用来将煤气输送至燃烧器；助燃风机为离心式风机，为煤气提供助燃风；气化风机为离心式风机，为煤粉气化提供助燃风和气化剂；底部烧嘴风机为涡旋风机，为气化炉底部烧嘴提供气化剂；捞渣机用于捞出渣池内残余煤灰和细渣；空气预热器可以置换导热油中的热量，将空气预热，利于燃烧和气化反应，节约能源。

柴油点火系统

柴油点火系统包括柴油箱、柴油泵、输油管道、油压变送器、电磁阀、高能点火器等。柴油箱用于储存柴

油；柴油泵用于输送柴油；油压变送器用于向操作界面提供油压信号；高能点火器用于点燃柴油。

煤粉输送系统

煤粉输送系统包括煤粉仓、布袋除尘器、除尘风机、流化风机、煤粉吹送风机、螺旋泵、星型拨料器、煤粉输送管道、电动葫芦、振动电机、若干仪表、管道及平台等。除尘风机为离心式风机，用于除尘引风；脉冲除尘装置可利用压缩空气以固定周期吹扫布袋；流化风机为涡流式风机，用于流化煤粉仓底部煤粉，使煤粉顺畅流动；煤粉吹送风机为罗茨式风机，负责吹送煤粉进入气化炉内；螺旋泵输送煤粉至吹送处；电动葫芦提升煤粉加入煤粉仓；给料阀通过改变频率来调节煤粉输送量。

导热油循环系统

导热油循环系统包括高位槽、低位槽、储油槽、热油循环泵、导热油压力控制器、柴油机热油循环泵(备用)、油过滤器、若干仪表、管道和阀门等。热油循环泵为导热油闭路提供强制循环的动力，柴油机为备用；高位槽也叫膨胀槽，用于为最高点导热油注油及温升膨胀储油；低位槽是储存导热油的储罐。

燃烧器系统

燃烧器系统包含重油燃烧器和粗煤气燃烧器两部分，两部分为一体化设计，运行时可以分别切换，由重油枪、打火电机、乙炔喷枪、助燃风机及粗煤气燃烧器等组成。重油枪采用压缩空气雾化，为燃烧器提供燃

料；打火电机用于点燃乙炔气；乙炔喷枪用于输送乙炔，用来点燃重油；助燃风机为燃烧器提供助燃风；粗煤气燃烧器是气化炉产生的粗煤气的燃烧设备。

高温脱硫系统

高温脱硫系统的设备和煤粉输送设备相似，只是所输送的介质不同。组成包括碳酸钙粉仓、布袋除尘器、

除尘风机、流化风机、碳酸钙粉吹送风机、螺旋泵、星型拨料器、输送管道、电动葫芦、振动电机等。

煤粉气化炉燃烧系统的整体性能

河北路桥集团有限公司与浙江赤道筑养路机械有限公司针对煤粉气流床技术在沥青拌和站上的应用示范项

目，于2014年5月1日投产，到2014年10月30日工程结束，生产沥青混合料12×104t。生产实践证明：该装置完全可以满足沥青混合料生产的工况要求，且该系统具备以下特点。

(1)开机启动快，关闭简单，一键操作。本系统设置了全自动的点火与产气工作程序，全过程只需要10~15min，能够满足沥青拌和站的开机需要。开机自动电子打火，操作简便，每次点火仅需要耗费6~8kg柴油。气化炉开机启动无需任何预热装置，生产的高温煤气进入煤气燃烧器时无需点火，在燃烧器内遇到助燃风后就会自动燃烧。关机更加简单方便，全自动控制，一键即可关机。

(2)负荷调节能够满足沥青拌和站的工况要求。本系统正常工作时气化炉的煤气负荷可以在30%~120%范围内自由调节，以适应沥青拌和站产量的变化。调节产量时，只需点击控制系统中的火力调节按钮就可调节火力大小，操作简单方便；同时也可以根据骨料温度采用自动控制模式。

为了满足沥青拌和站有时需要暂停一段时间的情况，本系统还配备热待机功能，气化炉进入热待机状态后，只需要50~100kg·h－1煤粉，即可维持气化炉内温度，保持开机状态；当需要重新生产时，只要按下“恢复生产”按钮，系统1min内即可恢复原来的生产状态。

(3)采用油气两用的燃烧器，便于各种工况下的操作。本系统为了更好地满足客户需求和特殊情况的发生，特别配备了经过特殊设计的油气两用燃烧器，该燃烧器既可用人工煤气作燃料，也可以重油作燃料，还可以两种同时燃烧，确保了生产的连续性。经过现场运行证明，本燃烧器工作时不会出现回火、断火现象，安全可靠；同时该燃烧器无论燃烧何种燃料，都拥有很高的燃烧效率。

(4)节约燃料成本。根据笔者所在公司正在运行的项目统计，加热1t石料大约需要8~9kg煤粉，费用为9~10元(包含每次点火所需大约6kg左右柴油的成本)，相比重油费用20~25元，成本降低了50%以上。

(5)减少沥青站除尘布袋污染，延长布袋使用寿命。在燃烧重油时，由于市场上的重油品质参差不齐，以及燃烧器的雾化性能不足，导致重油燃烧不充分，一些未燃尽的油滴颗粒会污染除尘器的布袋。使用煤粉气化制备的燃气，燃烧后清洁干净，不会产生污染过滤布袋的油滴，因此能延长布袋的使用寿命。根据试验情况，使用本系统沥青拌和站的布袋比烧重油的布袋使用寿命会增加1~2倍。

(6)清洁环保。沥青拌和站配套的煤粉气化及其燃烧设备从设计到制造始终追求清洁环保的理念，每个系

统都完全达到环保要求，整机无粉尘泄露点，运行时清洁干净。

同时，本系统使用低硫碳，经过炉内部分脱硫，与重油的含硫量(3%~5%)相比，煤气中的含硫量大幅度降低，基本可以与天然气媲美。由于本系统是在还原条件下运行，系统中产生的氮氧化物非常少，完全达到环保要求，所生成的合成气为氢气和一氧化碳及少量甲烷，不含焦油等污染成分。

(7)液态排渣，对水质、土壤无任何污染。本系统煤中的灰分在气化炉内的高温下是以液态的形式排到气

化炉的渣池内的，渣池内盛满了水，液态渣入水后马上激冷形成玻璃质的煤渣，通过捞渣机排出炉外。经过化验，渣池内水质无任何污染，且可以循环利用。

结语

通过现场实践证明：将人工煤气直接用于沥青拌和站沥青混合料生产，完全可以通过对煤粉气化设备的简

单改进，根据沥青拌和站的骨料加温要求现场生产，既实现沥青拌和站骨料烘干系统与气化设备的联动，也实现自动温控的联动。这不仅可以达到降低施工成本的目的，而且生产过程中有害气体的排放量大大降低，完全满足国家对工业窑炉要求的排放标准，对水源、土质也不会造成任何污染。