以天然氣為燃料的燒成系統(tǒng)調(diào)試和處理

天然氣主要成分為甲烷，燃燒產(chǎn)生的廢氣量相對(duì)于煤來說更大。因此預(yù)熱器系統(tǒng)的通風(fēng)量需要良好的控制；此外天然氣燃燒器的火頭太軟，容易造成燒成帶偏移，引起預(yù)熱器堵料。本文結(jié)合阿曼3000t/d的調(diào)試情況提出針對(duì)天然氣燃料的控制和改進(jìn)的建議。

天然氣；操作調(diào)試；改進(jìn)

1 水泥窯系統(tǒng)采用天然氣為燃料的特點(diǎn)及帶來的問題

天然氣的主要成分為甲烷（CH4），而煤的主要成分主要為碳（C）。

天然氣燃燒情況為：

CH4+2O2=CO2+2H2O

而煤的燃燒為：

C+O2=CO2

從化學(xué)反應(yīng)方程式上看，天然氣的燃燒要比煤多耗一份氧氣，同時(shí)也多產(chǎn)生兩份水分。

因此可以看出采用天然氣為燃料的系統(tǒng)，因?yàn)樾枰淮物L(fēng)量比較多，冷風(fēng)摻入量加大，比以煤為燃料的系統(tǒng)熱耗高，同時(shí)廢氣量也會(huì)增加。

關(guān)于風(fēng)量計(jì)算可以有多種公式，水泥工業(yè)通用的經(jīng)驗(yàn)公式為：

固體燃料的理論燃燒空氣量=

1.01 Qnet，ar/1000+0.5m3（標(biāo)）/kg

氣體燃料的理論燃燒空氣量

=1.09Qnet，ar/1000-0.25m3（標(biāo)）/m3（標(biāo)）

固體燃料的理論燃燒煙氣量=

0.89 Qnet，ar/1000+1.65m3（標(biāo)）/kg

氣體燃料的理論燃燒煙氣量=

1.14 Qnet，ar/1000+0.25m3（標(biāo)）/m3（標(biāo)）

按照煤的低位熱值20934kJ/kg、天然氣的低位熱值33494.4kJ/kg計(jì)算：

固體燃料的理論燃燒空氣量=5.55m3（標(biāo)）/kg

氣體燃料的理論燃燒空氣量=8.47m3（標(biāo)）/m3（標(biāo)）

固體燃料的理論燃燒煙氣量=6.1m3（標(biāo)）/kg

氣體燃料的理論燃燒煙氣量=9.37m3（標(biāo)）/m3（標(biāo)）

氣體燃料燃燒產(chǎn)生水蒸汽量=0.1914m3（標(biāo)）/m3（標(biāo)）

從上述運(yùn)算中可以看出兩者的差別還是比較明顯的。且作為低位熱值的巨大差異引起的燃料消耗量也尤為明顯：

根據(jù)熱耗3056.4kJ/kg熟料的3000t/d的窯來說，其燃料需要量分別為：

固體燃料的燃料消耗量=q/Qnet，ar/0.97kg

天然氣燃料的消耗量=q/Qnet，ar/0.97m3（標(biāo)）

根據(jù)計(jì)算來看，雖然熱耗變化使得燃料用量減少，但是煙氣量增大17%左右，實(shí)際設(shè)計(jì)和使用過程中也驗(yàn)證以天然氣為燃料時(shí)廢氣量的確會(huì)多一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)和操作中需要注意。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作來看，天然氣火頭比較軟，火焰不集中，火頭也比較短，容易受拉風(fēng)等情況影響而造成火焰后移、火焰舔磚等負(fù)面影響。在此特性下，燒成操作對(duì)于控風(fēng)要求更加嚴(yán)格。

由于透水瀝青混合料粗集料內(nèi)部含有大量的瀝青混合料，再加上高黏度改性瀝青的拌和作業(yè)難度較大，因此，施工人員需保證混合料拌和的溫度，即將混合料的出廠溫度控制在既定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。表2為透水瀝青混合料的拌和施工溫度控制要求。

2 調(diào)試實(shí)踐

現(xiàn)以阿曼3000t/d的生產(chǎn)線為例進(jìn)行說明。阿曼是天津院在阿拉伯國(guó)家的第一條工程承包生產(chǎn)線。其中生料磨采用非凡立磨，燒成系統(tǒng)采用洪堡設(shè)備，水泥磨為國(guó)產(chǎn)并配用洪堡輥壓機(jī)，其余均為國(guó)內(nèi)配套。其中使用天然氣的帶旁路放風(fēng)的燒成系統(tǒng)是我們第一次操作，從中受到很多啟迪，得到很多寶貴經(jīng)驗(yàn)。

圖1為阿曼3000t/d的燒成系統(tǒng)流程圖，窯尾采用五級(jí)單系列預(yù)熱器，由洪堡提供技術(shù)，部分中國(guó)分交構(gòu)成。

該生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)采用五級(jí)單系列預(yù)熱器、第三代篦冷機(jī)、兩檔短窯，生料入窯由提升機(jī)機(jī)械喂料。燃料為天然氣，系統(tǒng)熱耗為3056.4kJ/kg熟料。其預(yù)熱器的特點(diǎn)之一是內(nèi)筒直徑為旋風(fēng)筒直徑的0.5～0.55，各項(xiàng)性能表現(xiàn)趨于均衡。第二是獨(dú)特的撒料板設(shè)計(jì)，經(jīng)過調(diào)節(jié)撒料板的位置適應(yīng)使用條件，撒料更加均勻連續(xù)。詳見圖2所示。

采用煤及重油作為燃料時(shí)，窯的產(chǎn)量均較高，但以天然氣作為燃料時(shí)燃燒所產(chǎn)生的廢氣量較多，導(dǎo)致窯尾風(fēng)速偏高，對(duì)于一般性標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，窯尾設(shè)計(jì)風(fēng)速一般為12m/s左右；而以天然氣作為燃料時(shí)窯尾風(fēng)速達(dá)到14m/s左右。高速的窯尾煙氣將喂入窯內(nèi)的料粉帶出，引起二次飛揚(yáng)，導(dǎo)致喂料困難，一般情況采用天然氣作為燃料時(shí)窯的產(chǎn)量會(huì)降低5%左右。

表1 3000t/d級(jí)別的預(yù)熱器系統(tǒng)對(duì)比

表2 納哈達(dá)項(xiàng)目燒成系統(tǒng)預(yù)熱器技術(shù)規(guī)格

因此對(duì)于天然氣為燃料引起的窯（標(biāo)）內(nèi)通風(fēng)過大問題尤其要重視，在現(xiàn)場(chǎng)操作中洪堡公司的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)人員堅(jiān)持嚴(yán)格按照洪堡公司的通用操作手冊(cè)來操作，即在生產(chǎn)中85%～95%的窯內(nèi)通風(fēng)，5%～15%的三次風(fēng)?；谝陨嫌^點(diǎn)，此時(shí)過多的窯內(nèi)通風(fēng)大大加重了喂料負(fù)擔(dān)。根據(jù)天然氣火頭較短、又弱的特點(diǎn)，物料反復(fù)抽噎似的喂料狀態(tài)導(dǎo)致窯頭火受影響，經(jīng)常有小幅正壓現(xiàn)象。為了穩(wěn)定窯頭負(fù)壓增加拉風(fēng)后火焰后移，窯尾煙室的溫度長(zhǎng)期達(dá)到1150℃～1200℃，出現(xiàn)每周必定結(jié)皮的后果。圖3是我們?cè)谥軝z修的時(shí)候拍到的窯尾煙室和窯尾上升管道結(jié)皮情況。從照片可以看出煙室斜坡被物料堆滿，煙室截面近50%被結(jié)皮堵塞。圖4為上升管道的結(jié)皮情況。為此，調(diào)試組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)方案探討，決定降低窯內(nèi)通風(fēng)，將三次風(fēng)量增加到35%～40%，緩解煙室壓力，改善燒成效果。經(jīng)過幾周的運(yùn)行，最終證明這個(gè)方案是正確的，生產(chǎn)趨于正常。同時(shí)在燒成系統(tǒng)風(fēng)量增加的情況下，窯尾飛灰量增加。C1廢氣溫度升高，熱耗增加。如果是國(guó)內(nèi)的低壓損大蝸殼系列預(yù)熱器這種現(xiàn)象會(huì)更嚴(yán)重，燒成系統(tǒng)飛灰量有可能是正常飛灰量的四倍。

3 以天然氣為燃料的燒成系統(tǒng)的窯內(nèi)通風(fēng)等問題的解決和應(yīng)用

如何解決和控制窯內(nèi)通風(fēng)過大，C1因廢氣量增加而引起的飛灰量增加和溫度升高的問題呢？

表1為阿曼3000t/d和拉法基3500t/d以及廣東四惠3000t/d的對(duì)比。

從表1看，都江堰設(shè)備除了因?yàn)楫a(chǎn)量相差500t/d，高溫風(fēng)機(jī)功率和風(fēng)量有些提高外，可以看出整體國(guó)產(chǎn)3000t/d級(jí)預(yù)熱器和窯系統(tǒng)配合的壓力都要略小于阿曼的生產(chǎn)線。大蝸殼的設(shè)計(jì)和內(nèi)筒面積為旋風(fēng)筒面積的60%～62%，也是降低壓損的主要原因之一。這不僅僅是節(jié)能降耗，而且生產(chǎn)操作中對(duì)于風(fēng)的調(diào)節(jié)更加直接和敏感，見效也就快些。

針對(duì)以上對(duì)比，我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作，從兩方面調(diào)節(jié)：

（1）對(duì)于天然氣為燃料的設(shè)備采用新型預(yù)熱器，尤其是C1內(nèi)筒要盡可能小些長(zhǎng)些，以提高分離效率。

（2）針對(duì)已有大蝸殼預(yù)熱器，處理方式是在C1內(nèi)筒砌筑100mm的耐火磚，將內(nèi)筒的長(zhǎng)度加長(zhǎng)150～200mm，從而通過適當(dāng)提高分離效率減少飛灰量，取得了良好的效果。

在埃及2008年末簽訂的以天然氣為燃料的6000t/d的納哈達(dá)項(xiàng)目中，新型預(yù)熱器已經(jīng)被采用，其燒成系統(tǒng)預(yù)熱器技術(shù)規(guī)格見表2。

4 結(jié)語(yǔ)

采用天然氣為燃料的燒成系統(tǒng)，其系統(tǒng)煙氣量比普通燃煤的預(yù)熱器系統(tǒng)廢氣量多17%左右，而產(chǎn)量要降低約5%，窯頭火焰受拉風(fēng)影響比較大。在采用天然氣為燃料的燒成系統(tǒng)操作中要盡可能地控制窯內(nèi)通風(fēng)量，減少窯尾煙室的物料二次飛揚(yáng)，達(dá)到生產(chǎn)穩(wěn)定。通過增強(qiáng)系統(tǒng)的分離效率，尤其是增加C1的分離效率，是控制系統(tǒng)飛灰量、平衡系統(tǒng)內(nèi)各部分風(fēng)量穩(wěn)定的有效手段。此外，在采用天然氣為燃料的燒成系統(tǒng)中，建議高溫風(fēng)機(jī)不采用單純調(diào)速控制風(fēng)量，必須設(shè)定高溫風(fēng)機(jī)入口閥門，以減少高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)風(fēng)壓影響而造成系統(tǒng)通風(fēng)應(yīng)激變動(dòng)。

林旭

Adjustment and Processing for the Burning System With Natural Gas as Fuel

LIN Xu
（Sinoma International Engineering(Tianjin)Co.,Ltd.,Tianjin 300400，China）

Natural gas composed mainly of methane,and the amount of its combustion exhaust gas is greater rela?tive to the coal.Therefore,the amount of air preheater system requires good control;additionally the natural gas burner flame is too soft,and easily leads to firing zone offset,causing the preheater blocked.According to Oman 3000 t/d operation and adjustment situation,this paper gives suggestions for control and improvement of taking natu?ral gas as fuel.

Natural gas;Operation and adjustment;Improvement

TQ172.625.3

A

1001-6171（2012）02-0078-03

通訊地址：中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司天津分公司，天津 300400；

2011-08-11；

沈 穎