瀝青混合料攪拌設備一般由冷料供給係統、骨料烘幹加熱係統、熱料提升裝置、振動篩分係統、導熱油供熱(或電熱)係統、瀝青供給係統、粉料供給係統、舊瀝青路麵回收料加熱輸送係統、計量係統、添加劑計量輸送係統、攪拌裝置、瀝青煙及粉塵過濾除塵係統、電氣控製係統、儲料卸料係統等部分組成。總體結構如圖1示。
圖1 瀝青混合料攪拌設備示意圖
整套設備的品質取決於各個環節的技術發展水平和良好的協調配套應用。幾十年來,隨著我國公路通車裏程尤其是高速公路通車裏程的快速延伸,造就了瀝青混合料攪拌設備的全球最大市場。從整體技術上來說,中國的研發製造水平已經站到了世界前列,與世界知名品牌同場競技。兩年來的新冠疫情肆虐全球,但我國憑借優越的社會管理體製基本使疫情得到有效控製,擬製了肆意蔓延,從而保證了社會經濟的正常發展。在國家“六穩”“六保”、保暢通、交通強國等戰略措施的支撐下,公路工程基建項目有序釋放,路麵施工與養護機械基本處在一個平穩發展的狀態。
下麵通過中國工程機械工業協會築養路機械分會對全國瀝青混合料攪拌設備主要研發生產企業的產銷量統計與調查數據,對近年瀝青混合料攪拌設備的運行情況以及發展趨勢作一簡單分析,僅供參考。
一、瀝青混合料攪拌設備的市場表現1、2021年當年市場銷量情況
築養路機械分會在對瀝青混合料攪拌設備主要生產企業的統計數據基礎上,以具有一定規模的企業數據作為樣本,反映我國瀝青混合料攪拌設備行業的連續運行狀況。本統計調查數據僅反映1000型以上的強製間歇式攪拌設備,1000型以下的較小型設備沒有反映在內。2021年全行業設備銷量總計為671台套,同比下降了2.89%。其中,一季度銷量同比大幅增長了63.39%。這是由於2020年下半年,疫情基本得到控製,生活恢複正常,道路工程項目陸續到了2021年開春鋪麵的準備時段,使得設備銷量快速放大,且2020年開年疫情突然爆發,工程項目基本處於停滯狀態,導致2020年一季度銷量基數太低的緣故。二季度同比下降7.41%,增長轉為負,承擔了一季度的部分透支。上半年瀝青攪拌設備總銷量比去年同期增長了14.93%。三季度銷量同比下降了19.88%,環比更是下降了39.11%。多點散發的疫情效應影響著項目的進展,市場普遍表現疲軟。前三個季度的銷量和上年同期基本持平。四季度表現變差,銷量僅為126台套,同比下降了23.64%。2021年全年廠拌熱再生及配置熱再生設備215台套,同比增長了8.59%。
經不完全統計,2021年市場上的舊瀝青混合料攪拌設備完成環保改造100多套,其中40%左右增加了舊料再生係統。
2021年各季度銷量與熱再生設備銷量麵積示意圖見圖2。
圖2 2021年瀝青混合料攪拌設備季度銷量與熱再生設備銷量麵積圖
從全年的銷量情況來看,年初到年底呈現由高到低的趨勢,一季度雖然增長率較高,但二季度仍然是全年的銷量旺季。2020年下半年疫情得到基本控製後,經濟快速恢複,土方機械和起重機械等工程機械產品逐月高速增長,直至2021年4月才出現環比下降的情況。但路麵施工與養護機械基本保持在一個比較小的範圍內波動,市場銷量基本和公路建設與養護市場的發展相吻合,沒有大起大落,符合行業的普遍預期。瀝青混合料攪拌設備作為路麵施工與養護機械的主要機種,年度銷量沒有太大的起伏,但行業集中度的提高變化明顯。
在各種規格的產品銷量中,較小型設備的出貨量在下降,較大型設備有所增長。4000型和5000型設備的同比增長率分別為3.8%、7.29%。
各種規格的設備在當年銷量中的占比與前幾年大致相同(見圖3),4000型仍為市場的主要需求,比上年稍有提高,占全年銷量的40.69%。5000型設備在全年銷量的占比仍然較大,達到15.35%,上年為13.89%。總之,比較大型的設備占據全年銷量的主要份額。
圖3 2021年瀝青混合料攪拌設備各種規格銷量占比示意圖
全年統計到初裝機方向的設備數量600多台套,國內各大區的銷售方向大體如圖4所示,主要分布在華東23.68%,華中20.7%,華北14.4%。
圖4 全國各大區銷量分布示意圖 2、近十年瀝青混合料攪拌設備銷量情況
全國1000型以上強製間歇式瀝青混合料攪拌設備近十年來的銷量,基本上保持在每年600-800台套的水平。2010年和2017年分別突破了1000台套,2015年是個低穀期。平均來看波動不是很大。近十年全國瀝青混合料攪拌設備季度銷量及增長率趨勢見圖5。
圖5 近十年全國瀝青混合料攪拌設備銷量及增長率 二、瀝青混合料攪拌設備市場及產品發展趨勢展望
瀝青混合料攪拌設備的發展情況,與公路建設與養護工程的發展以及投資情況緊密相關。瀝青混合料攪拌設備是用於生產黑色瀝青路麵鋪築材料的,屬於公路工程建設項目的後周期產品,而且是路麵施工與養護工程的必備保障裝備。我國公路建設與養護的市場體量巨大,路麵的養護工程將是一個長期的任務,所以瀝青混合料攪拌設備也將長期伴隨其同步發展。
1、我國公路建設及投資情況
根據交通運輸部發布的數據,截止2020年底,全國公路通車總裏程為519.81萬公裏,比上年增加18.56萬公裏。公路密度54.15公裏/百平方公裏,增加了1.94公裏/百平方公裏。公路養護裏程514.4萬公裏,占公路通車總裏程的99%。高速公路裏程16.1萬公裏,增加了1.14萬公裏, 高速公路車道裏程72.31萬公裏,增加了5.36萬公裏。2021年12月23日,在全國交通運輸工作會議上,李小鵬部長在報告中談到,預計2021年全年新改(擴)建高速公路超過9000公裏,預計全年完成脫貧地區公路投資超過8000億元,推動交通建設項目更多向進村入戶傾斜。推動“四好農村路”高質量發展,預計全年新改建農村公路超過16萬公裏。重大工程建設加快推進,川藏鐵路及配套公路、引江濟淮航運工程、連雲港30萬噸級航道二期工程等重大項目建設有序推進,京哈高鐵、京新高速公路全線貫通,確保“穩增長”政策的落地。
2021年的公開資料顯示,西部大開發及擴大經濟內循環繼續穩步推進。各地相繼公布了大量的新上及改擴建公路工程建設項目,公路密度值將有所增加,農村公路及主幹線公路的改擴建發展較快,公路建設的發展對瀝青混合料攪拌設備行業的發展提供了有力的支撐。全國公路通車裏程及公路密度見圖6。
圖6 2015-2020年全國公路總裏程及公路密度
在公路基礎建設投資方麵,2019年完成公路建設投資21896億元,比上年增長2.6%。其中,高速公路建設完成投資11504億元,增長15.4%。2020年,全年完成交通固定資產投資34752億元,比上年增長7.1%。其中公路建設固定資產投資24312億元,比上年增長11.0%。高速公路完成投資13479億元,增長17.2%。普通國省道完成5298億元,增長7.6%。農村公路完成4703億元,增長0.8%。十幾年來的公路基礎建設投資,一直保持在高位運行,且處於增長態勢。在李小鵬部長的全國交通工作會議報告中,2021年1-11月,全國交通固定資產完成投資3.28萬億元,其中鐵路6401億元、公路水路2.53萬億元、民航1050億元。2015年至2020年的公路建設完成投資情況見圖7。
圖7 2015-2020年全國公路建設完成投資額及增長率
2022年,我國公路交通固定資產投資將按照“適度超前”、“有效穩投資”的計劃推進,《2022年交通運輸固定資產投資計劃(第一批)》已公布,一批高速公路、普通國省道、農村公路、災毀恢複重建、綜合客運樞紐等項目將陸續開工。多地交通運輸部門也公開表示,2022年交通運輸固定資產投資規模將繼續擴大。資料顯示,至2022年2月初,已有山東、北京、河北、江蘇、上海、廣東、浙江、四川等八個省市發布了2022年重大項目投資清單,共有6500多個項目,總投資將超15.6億元。預計2022年交通固定資產投資總體增速將升至8%,超過2019年5.4%的疫前水平。
公路交通建設投資的增長是瀝青混合料攪拌設備發展的一個風向標。從近幾年公路建設投資情況看,穩步增長是大方向。新建路裏程的增長和舊路養護工程的增多,都需要大量的瀝青混合料。對瀝青混合料攪拌設備來說,有投資、有項目,就有需求。但瀝青混合料攪拌設備屬大宗耐用裝備,目前從管理的角度還沒有淘汰機製,所以,其增長率將維持在一個比較平穩的緩慢增長狀態。
2、瀝青混合料攪拌設備存量及瀝青混合料生產量情況
幾十年來,中國的公路交通建設突飛猛進,通車裏程已居世界第一位,瀝青混合料攪拌設備的市場保有增量主要在中國。由於市場未建立報廢機製,單機產值又比較大,模塊化的結構,也使它有了翻新、升級、改造的市場機會,10年前服役的在用設備仍然很多,每年有100多台套舊設備得到環保改造及技術升級。目前國內大型瀝青混合料攪拌設備保有量估計在13000台套左右。由於公路工程的遠距離野外施工特點,以及巨大的養護裏程,使得目前的瀝青混合料攪拌設備離建立像水泥混凝土商混站那樣的集中生產供應點還有不小的距離,造成設備總體利用率較低,增大了設備裝機的數量需求。
瀝青混合料攪拌設備是用來生產瀝青混合料的,全國每年新建及養護需要的瀝青混合料數量巨大,但設備開機很不平衡。據調查,市場上少量設備滿負荷運轉,大量的設備生產任務不足,甚至常年閑置。從全國瀝青路麵工程的總量推算瀝青混合料的用量,可見設備的整體利用率非常低。同樣,從歐美國家瀝青混合料的生產總量和設備保有量來看,設備的總體利用率也不高,但仍比我國高出約一倍。
根據交通運輸部公路科學研究院首席道路工程師黃頌昌的研究資料,2014年我國實際消耗瀝青混合料約3億噸,依近年來的統計資料和公路網發展規劃,每年的增量在10%左右,2020年估計瀝青混合料產量在4.5億噸左右。隨著路麵使用年限的延長,舊瀝青路麵回收料越來越多,目前大約在每年8000萬噸。舊瀝青路麵回收料是寶貴的資源,必須進行再生利用。目前舊瀝青路麵回收料的高價值再生利用方式是熱再生法,包括廠拌熱再生和就地熱再生。就地熱再生受各種條件限製,用量比較小,絕大部分由廠拌熱再生完成。根據築養路機械分會調查統計數據,近三年廠拌熱再生設備的銷量占比由26%提高到了32%。
歐美國家處在一個相對發達的設備保有平衡期。據美國瀝青路麵協會(NAPA)數據,2019年美國瀝青混合料攪拌設備保有總量約3500台套,其中約700台是固定式,2800台是連續式。歐盟28國瀝青混合料攪拌設備保有量為4600台套左右,其中有730多台是移動式。資料顯示歐洲2014-2019年瀝青混合料攪拌設備保有量為4628-2865台(見表1),呈現逐年減少之勢,2019年設備總量減少了20%多。歐洲公路密度已基本飽和,路麵修建質量比較好,新路及改擴建工程不多,大修養護量也不是很大,所以大量的二手設備被轉移到了非洲和中東。主要以養護和中小型工程為主,有利於商混站形式的集中布局,有大生產率的設備替代小型設備的趨勢。
根據歐洲瀝青路麵協會(EPAP)發布的2020年度國際瀝青路麵報告(見表2),2011-2019年歐洲和美國通過廠拌熱再生和溫拌形式生產的混合料增長幅度較大。美國瀝青混合料生產總量保持在3.2-3.8億噸/年左右,廠拌熱再生料占比約20%,溫拌料從30%左右提高到2017-2018年的40%多。歐洲瀝青混合料總產量在2.8億噸左右,廠拌熱再生料占17%左右,溫拌料占2.5%左右,但2018年達到了5.71%,翻了一倍多。
3、瀝青混合料攪拌設備發展趨勢展望
從國家政策導向和市場需求各方麵的情況著眼,瀝青混合料攪拌設備向著節能、環保、自動化信息化方麵的發展方向是無疑的,但一定是在滿足施工規範和市場接受的條件下,向著成本更低、效率更高的方向發展。
3.1 連續式
連續式瀝青混合料攪拌設備具有生產率高、環保性能好、親近舊料再生、製造及使用成本低等優點,但對原料要求高、計量難度大。單機生產率的大小要和瀝青混合料運輸距離、攤鋪與壓實工藝相匹配。美國大多采用連續式是有其曆史淵源和市場綜合適應條件的。我國在高速公路建設伊始決定采用強製間歇式攪拌的技術路線,是符合我國當時的具體情況的。近過二十多年的發展進步,我們從原料供應端可以進行有效的控製(盡管近來來骨料供應緊缺,市場穩定性差),大型保溫運輸車、大厚度瀝青攤鋪機、重型壓路機等配套技術已經取得了長足發展,操作人員的技能水平也得到了很大提高,高技能操作人員隊伍發展壯大,完全可以滿足使用大產能低成本的連續式攪拌設備條件。目前,《公路瀝青路麵施工技術規範》修訂發布後,以鐵拓機械為代表的主要研發企業,已經成功上市了適合我國情況的連續式設備。為提高瀝青混合料生產的環保性能,適應舊料再生市場的發展,連續式攪拌設備將會得到一定發展。當新路建設和養護市場達到基本平衡時,連續式的發展速度可能會得到加速。
3.2 廠拌熱再生
我國高等級公路的修建始於30年前,以十年左右的路麵大修實際周期和年通車裏程增量看,舊瀝青路麵回收料的產生量將出現一個爆發增長階段。為提高資源的有效利用率,廠拌熱再生方式注定是必須大力發展的一個確定方向。目前,主要生產企業都可向市場提供整體式原再生一體機。為降低市場應用中對再生與原生工程選擇的機會風險,德基機械、中交西築、泰安嶽首等企業開發出了可靈活更換的模塊式設備。這些機型的變化,正是適應了我國當前的市場情況。在再生需求不斷增多的情況下,廠拌熱再生的固有優勢將得到進一步的發揮和提高。
3.3 環保技術
瀝青混合料攪拌設備的汙染排放主要是瀝青煙和粉塵。不管是全封閉形式還是廠房式,都是在解決無組織排放的問題。目前的瀝青煙處理方法和除塵過濾技術,已發展到了相當好的水平,但都屬於後端處理技術,沒有從源頭解決問題。從後端增加研發投資一定會增加總體成本,所以行業發展的方向應該是從前端控製汙染物的產生,尤其是瀝青煙的產生量。目前的主要先進成果有溫拌技術和微波加熱技術等。
瀝青混合料生產過程中,瀝青將被加熱到160℃以上,改性瀝青、橡膠瀝青加熱溫度更高。瀝青的加熱溫度越高,持續時間越長,其輕質成份的揮發量就越大,瀝青的性能下降也越大,這也是瀝青煙產生的主要原因。溫拌技術可使瀝青混合料攪拌溫度降低20-40℃左右。有關資料顯示,溫度的降低可直接節約能耗30%左右,同時二氧化碳、氮氧化物等有害氣體排放量減少50%以上,在卸料、運輸、攤鋪過程中的瀝青煙霧釋放也會大大降低,改善了環境汙染和工人的工作條件。目前采用泡沫瀝青法是常見的一種溫拌技術,主要的幾個生產廠家都有供貨。溫拌技術從研究到應用已經有十多年的發展曆程了,但由於成本增加較多、政策支持不到位等原因,一直沒有得到普遍應用。從市場發展的方向和“雙碳”目標的上看,溫拌技術無疑將會得到市場的青睞。
另一個發展中的技術就是微波加熱技術。隨著舊料再生市場的擴大,舊料的加熱方法得到重視。在舊料加熱中,如何更好地保留原有瀝青的性能,又能提高加熱效率,是解決矛盾的焦點所在。要將骨料顆粒中心加熱到使用溫度,傳統的傳熱方式隻能是由表及裏的熱傳導形式。要想傳熱快,就得提高溫度梯度,而裹覆在骨料表麵的瀝青薄膜就極易被過熱焦化,產生過多的瀝青煙。微波加熱技術恰好解決了這一難題。微波加熱機理是被加熱介質的裏外同時升溫。實驗證明,瀝青混合料中瀝青對微波的吸收不敏感,而骨料卻相反。骨料顆粒從裏到外同時快速升溫,再將石子的熱量傳遞到外表的瀝青,這樣既解決了傳統加熱有可能造成的“夾生飯”問題,也保護了瀝青不致於被過熱老化。加熱效率高,瀝青煙少。尤其是較大顆粒的骨料更能說明問題。2021年12月,陝西中霖集團與山東高速集團合作完成的“基於微波加熱技術的瀝青混合料攪拌設備關鍵技術”研究項目獲專家好評,樣機設備已運轉出料。中霖集團與長安大學合作在瀝青混合料微波加熱技術及加熱工藝的研究方麵也已取得了長足進展和豐碩的成果。江蘇集萃道路工程技術與裝備研究所有限公司也進行了多年的基礎研究和應用,攻克了許多技術難關。微波加熱雖然在保護瀝青性能、提高加熱效率、降低汙染排放等諸多方麵很有優勢,但其綜合能耗、成本和電源等問題有待進一步提高。可喜的是新技術層出不窮,光伏技術將很快與瀝青攪拌站相結合,不但能夠解決電源問題,總體的工程綠色化水平也將大大提高。
不管是溫拌技術還是微波加熱技術,擬或其它形式的前端降排技術,隻是大大降低了汙染物的產生,而在瀝青混合料生產過程中的汙染排放是不可避免的,所以後端的除塵過濾是必不可少的。在我國確定的2030年碳達峰、2060年碳中和的總目標下,結合歐美這幾年的發展過程,溫拌技術必然是我國瀝青混合料攪拌設備要著力發展的一個方向。同時微波技術的突破,將在瀝青混合料攪拌技術發展史上,留下光輝的一頁。
(中國工程機械工業協會築養路機械分會 張西農)
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