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沥青路面就​地热再生养护技术二氧化碳减排测算

发布时间:2021-03-29 15:54:44    点击次数:488

沥青路面就地热再生养护技术二氧化碳减排测算

 

—— 嘉鹏再升科技(深圳)股份有限公司


公路在运营阶段,需要对公路进行维护养护来保障行车条件。随着我国公路网的不断完善,公路运营里程不断延长,在今后的一段时间内,公路系统的工作重点将从目前的施工建设逐渐转移到维护养护上。

在维护养护工作中,路面材料生产、运输和施工均会消耗能源,产生二氧化碳排放。沥青路面养护维修时,主要二氧化碳排放集中在六大环节:(1)沥青生产(2)石料开采加工(3)矿粉磨细加工(4)沥青混合料拌和(5)材料运输(6)施工机械运行。
就地热再生技术对比铣刨重铺技术,原路面材料100%循环利用,废旧路面不需要运输出去,主要减少了沥青生产、石料开采加工、矿粉磨细加工、材料运输四大环节。通过计算这四大环节的二氧化碳排放,可以测算出就地热再生养护技术的二氧化碳减排值。
1)沥青生产二氧化碳排放
生产沥青过程中产生的碳排放主要由消耗的燃料产生,根据沥青用量即可计算出沥青生产二氧化碳排放量。计算时可以首先根据路面类型、维修面积与厚度计算得出沥青混合料的用量,再通过路面类型确定油石比,即可得出沥青用量。最后根据生产沥青对应的二氧化碳排放因子进行计算即可得出结果。计算公式如下: 

M1为沥青生产二氧化碳排放量,kgA为路面维修面积,㎡B为路面维修厚度,cm为沥青混合料平均密度,t/m³OAC为沥青混合料油石比;α为沥青生产二氧化碳折算系数,kg/t
模型中沥青生产二氧化碳折算系数主要根据沥青生产过程中能耗情况确定。目前,我国缺少对于沥青生产过程能耗情况的系统性研究。欧洲沥青协会对路用沥青整个生命周期的能耗情况进行了分析,研究成果具有一定的代表性。沥青单位产量能耗见表1所示。

 

根据沥青生产过程中消耗燃料的量以及对应燃料的碳折算系数即可计算出沥青生产二氧化碳排放系数。经过计算,确定沥青生产二氧化碳折算系数α= 295 kg/t

 

我国公路建设中使用的路面类型主要有SMA路面、AC路面,从表2可以得出,SMA路面油石比OAC5.9~6.5%AC路面油石比OAC4.7~5.2%
1km双向6车道高速公路沥青路面养护维修为例,单幅车道宽度3.75m路面维修厚度4cm计算:

A
B
    p'
OAC
     α
M1
SMA路面
22500
4cm
2.4t/m³
5.9~6.5%
295kg/t
35500.28~38890.14kg
AC路面
22500
4cm
2.4t/m³
4.7~5.2%
295kg/t
28604.01~31496.57kg
2)石料开采加工二氧化碳排放
沥青混合料中石料主要包括骨料和矿粉,生产骨料与矿粉过程中使用的机械设备会消耗能源,产生二氧化碳排放。与骨料不同,矿粉需要经过磨细加工等步骤处理。因此在计算石料开采加工二氧化碳排放量时需要对二者分开进行计算。
计算石料开采二氧化碳排放量时可以根据路面维修面积、厚度和油石比得出石料用量。再根据生产石料对应的二氧化碳排放因子进行计算即可得出结果。
计算公式如下


M2为石料开采二氧化碳排放量,kg;β为矿石开采二氧化碳折算系数,0.24kg/t。石料开采与加工过程中的能耗与生产工艺有关,美国国家环境保护局(EPA)对石料开采与加工过程中的二氧化碳排放进行了相对系统地研究,得出了二氧化碳排放系数。由于石料开采与加工过程中使用的工艺和设备基本与我国所使用的基本相同,因此论文借鉴EPA的研究成果。确定矿石开采二氧化碳折算系数β=0.24 kg/t
1km双向6车道高速公路沥青路面养护维修为例,单幅车道宽度3.75m路面维修厚度4cm计算:

A
B
     p'
OAC
     β
M2
SMA路面
22500
4cm
2.4t/m³
5.9~6.5%
0.24kg/t
486.76~489.52.kg
AC路面
22500
4cm
2.4t/m³
4.7~5.2%
0.24kg/t
492.78~495.12kg
3)矿粉磨细加工二氧化碳排放
矿粉需要根据实际工程要求进行磨细加工,磨细加工的过程中会消耗大量电能,产生二氧化碳排放。计算矿粉加工二氧化碳排放量时,可以根据石料用量和矿粉掺量得出矿粉用量。再根据矿石磨粉机的处理能力计算出加工矿粉所消耗的电能。最后根据用电消耗二氧化碳折算系数,节约1度电=减排0.997kg二氧化碳,进行计算即可得出结果。
矿粉磨细加工二氧化碳排放量计算公式如下:

M3为矿粉磨细加工二氧化碳排放量,kgC为混合料矿粉掺量;P为矿石磨粉机功率,kWD为矿石磨粉机最大处理能力,t/hK为用电消耗二氧化碳折算系数,kg/kW·h
公路管理公司无法提供矿石加工机械的相关参数,为了使模型具有实际使用价值,需要对矿石加工机械的相关参数进行量化确定。矿粉加工机械选用市场上主流的雷蒙4R3216型磨粉机,功率72.5 kW进行磨粉工作时处理能力为1.0~5.2 t/h
1km双向6车道高速公路沥青路面养护维修为例,单幅车道宽度3.75m,路面维修厚度4cm计算:

A
B
   p'
OAC
C
P
D
K
M3
SMA路面
22500
4cm
2.4t/m³
5.9~6.5%
12%
72.5 kW
1.0~
5.2 t/h
0.997kg
3383.10~
17691.81kg
AC路面
22500
4cm
2.4t/m³
4.7~5.2%
5%
72.5 kW
1.0~ 
5.2 t/h
0.997kg
1427.05~
7456.07kg
4)材料运输二氧化碳排放
材料运输中产生的二氧化碳排放主要来源于运输过程中车辆的油耗,根据运输距离、运输车辆性能即可得到材料运输过程中的二氧化碳排放量。节约1L柴油=减排2.63kg二氧化碳,进行计算即可得出结果。
计算公式如下:

M4为材料运输二氧化碳排放量,kgE为运输车辆最大载重量,tQ为运输车辆百公里油耗,L/100kmS为运输距离,kmK为柴油二氧化碳折算系数,kg/L
材料运输过程中运输车辆的相关参数也需要量化。国内混凝土运输车装载容量主要有6m³7 m³、 8 m³9 m³10 m³12m³六种规格。其中8m³搅拌运输车是目前市场上销售量最大的一种。在无法全面准确的统计车辆种类型号的情况下,可选用8m³运输车作为参考车型,载重量10~15 t其百公里油耗为25L/100km
1km双向6车道高速公路沥青路面养护维修为例,单幅车道宽度3.75m,路面维修厚度4cm计算:

A
B
    p'
E
Q
S
K
M4
SMA路面
22500
4cm
2.4t/m³
10 ~ 15 t
25L/100km
40km
2.63kg
3787.2~
5680.8kg
AC路面
22500
4cm
2.4t/m³
10 ~ 15 t
25L/100km
40km
2.63kg
3787.2~
5680.8kg
5)维护养护就地热再生技术二氧化碳减排计算模型
综上所述,就地热再生技术对比铣刨重铺技术,减少了沥青生产、石料开采加工、矿粉磨细加工、材料运输四个环节,将四个环节二氧化碳排放计算后,公路路面维护养护过程中就地热再生技术的二氧化碳减排计算模型如下:
M=M1+M2+M3+M4
M为维修养护阶段就地热再生技术二氧化碳减排量,kg
1km双向6车道高速公路沥青路面养护维修为例,单幅车道宽度3.75m,路面维修厚度4cm计算:

M1
M2
M3
M4
M
SMA路面
35500.28~
38890.14kg
486.76~
489.52.kg
3383.10~
17691.81kg
3787.2~
5680.8kg
43157.34~
62752.27kg
AC路面
28604.01~
31496.57kg
492.78~
495.12kg
1427.05~
7456.07kg
3787.2~
5680.8kg
34311.04~
45128.56kg
(6)结论
1公里高速公路,双向6车道,单幅车道3.75m,维修养护深度4cm,在路面维护养护过程中,采用就地热再生技术对比传统铣刨摊铺技术,SMA路面可减少二氧化碳排放43157.34~62752.27kgAC路面可减少二氧化碳排放34311.04~45128.56kgSMA路面每吨沥青混合料可减少二氧化碳排放19.98~29.05kgAC路面每吨沥青混合料可减少二氧化碳排放15.89~20.89kg
 

参考文献:

[1卢传忠,华夏,解建光,公路维护养护碳减排模型研究[J].交通节能与环保,2020,(78):77-83.

[2国家统计局标准折标煤系数计算方法.

[3] 蔡博峰,曹东,刘兰翠,等.中国交通二氧化碳排放研究[J].气候变化研究进展,20113):197-203.

[4] 赵宝平.国内外公路养护技术分析研究[J].交通标准化,20015):99-103.

[5] International Energy Agency (IEA). CO2  Emissions from Fuel Combustion 2009 [M]. Paris: IEA Publication2009: 117-180.

 


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