以天然氣為燃料的燒成系統調試和處理

以天然氣為燃料的燒成系統調試和處理

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

天然氣；操作調試；改進

1 水泥窯系統采用天然氣為燃料的特點及帶來的問題

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

從化學反應方程式上看，天然氣的燃燒要比煤多耗一份氧氣，同時也多產生兩份水分。

因此可以看出采用天然氣為燃料的系統，因為需要一次風量比較多，冷風摻入量加大，比以煤為燃料的系統熱耗高，同時廢氣量也會增加。

關于風量計算可以有多種公式，水泥工業通用的經驗公式為：

固體燃料的理論燃燒空氣量=

1.01 Qnet，ar/1000+0.5m3（標）/kg

氣體燃料的理論燃燒空氣量

=1.09Qnet，ar/1000-0.25m3（標）/m3（標）

固體燃料的理論燃燒煙氣量=

0.89 Qnet，ar/1000+1.65m3（標）/kg

氣體燃料的理論燃燒煙氣量=

1.14 Qnet，ar/1000+0.25m3（標）/m3（標）

按照煤的低位熱值20934kJ/kg、天然氣的低位熱值33494.4kJ/kg計算：

固體燃料的理論燃燒空氣量=5.55m3（標）/kg

氣體燃料的理論燃燒空氣量=8.47m3（標）/m3（標）

固體燃料的理論燃燒煙氣量=6.1m3（標）/kg

氣體燃料的理論燃燒煙氣量=9.37m3（標）/m3（標）

氣體燃料燃燒產生水蒸汽量=0.1914m3（標）/m3（標）

從上述運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）

根據計算來看，雖然熱耗變化使得燃料用量減少，但是煙氣量增大17%左右，實際設計和使用過程中也驗證以天然氣為燃料時廢氣量的確會多一點，在設計和操作中需要注意。從現場實際操作來看，天然氣火頭比較軟，火焰不集中，火頭也比較短，容易受拉風等情況影響而造成火焰后移、火焰舔磚等負面影響。在此特性下，燒成操作對于控風要求更加嚴格。

由于透水瀝青混合料粗集料內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范標準范圍內。表2為透水瀝青混合料的拌和施工溫度控制要求。

2 調試實踐

現以阿曼3000t/d的生產線為例進行說明。阿曼是天津院在阿拉伯國家的第一條工程承包生產線。其中生料磨采用非凡立磨，燒成系統采用洪堡設備，水泥磨為國產并配用洪堡輥壓機，其余均為國內配套。其中使用天然氣的帶旁路放風的燒成系統是我們第一次操作，從中受到很多啟迪，得到很多寶貴經驗。

圖1為阿曼3000t/d的燒成系統流程圖，窯尾采用五級單系列預熱器，由洪堡提供技術，部分中國分交構成。

該生產線燒成系統采用五級單系列預熱器、第三代篦冷機、兩檔短窯，生料入窯由提升機機械喂料。燃料為天然氣，系統熱耗為3056.4kJ/kg熟料。其預熱器的特點之一是內筒直徑為旋風筒直徑的0.5～0.55，各項性能表現趨于均衡。第二是獨特的撒料板設計，經過調節撒料板的位置適應使用條件，撒料更加均勻連續。詳見圖2所示。

采用煤及重油作為燃料時，窯的產量均較高，但以天然氣作為燃料時燃燒所產生的廢氣量較多，導致窯尾風速偏高，對于一般性標準設計，窯尾設計風速一般為12m/s左右；而以天然氣作為燃料時窯尾風速達到14m/s左右。高速的窯尾煙氣將喂入窯內的料粉帶出，引起二次飛揚，導致喂料困難，一般情況采用天然氣作為燃料時窯的產量會降低5%左右。

表1 3000t/d級別的預熱器系統對比

表2 納哈達項目燒成系統預熱器技術規格

因此對于天然氣為燃料引起的窯（標）內通風過大問題尤其要重視，在現場操作中洪堡公司的現場指導人員堅持嚴格按照洪堡公司的通用操作手冊來操作，即在生產中85%～95%的窯內通風，5%～15%的三次風?；谝陨嫌^點，此時過多的窯內通風大大加重了喂料負擔。根據天然氣火頭較短、又弱的特點，物料反復抽噎似的喂料狀態導致窯頭火受影響，經常有小幅正壓現象。為了穩定窯頭負壓增加拉風后火焰后移，窯尾煙室的溫度長期達到1150℃～1200℃，出現每周必定結皮的后果。圖3是我們在周檢修的時候拍到的窯尾煙室和窯尾上升管道結皮情況。從照片可以看出煙室斜坡被物料堆滿，煙室截面近50%被結皮堵塞。圖4為上升管道的結皮情況。為此，調試組進行現場方案探討，決定降低窯內通風，將三次風量增加到35%～40%，緩解煙室壓力，改善燒成效果。經過幾周的運行，最終證明這個方案是正確的，生產趨于正常。同時在燒成系統風量增加的情況下，窯尾飛灰量增加。C1廢氣溫度升高，熱耗增加。如果是國內的低壓損大蝸殼系列預熱器這種現象會更嚴重，燒成系統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的窯內通風等問題的解決和應用

如何解決和控制窯內通風過大，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的對比。

從表1看，都江堰設備除了因為產量相差500t/d，高溫風機功率和風量有些提高外，可以看出整體國產3000t/d級預熱器和窯系統配合的壓力都要略小于阿曼的生產線。大蝸殼的設計和內筒面積為旋風筒面積的60%～62%，也是降低壓損的主要原因之一。這不僅僅是節能降耗，而且生產操作中對于風的調節更加直接和敏感，見效也就快些。

針對以上對比，我們根據現場的實際操作，從兩方面調節：

（1）對于天然氣為燃料的設備采用新型預熱器，尤其是C1內筒要盡可能小些長些，以提高分離效率。

（2）針對已有大蝸殼預熱器，處理方式是在C1內筒砌筑100mm的耐火磚，將內筒的長度加長150～200mm，從而通過適當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的納哈達項目中，新型預熱器已經被采用，其燒成系統預熱器技術規格見表2。

4 結語

采用天然氣為燃料的燒成系統，其系統煙氣量比普通燃煤的預熱器系統廢氣量多17%左右，而產量要降低約5%，窯頭火焰受拉風影響比較大。在采用天然氣為燃料的燒成系統操作中要盡可能地控制窯內通風量，減少窯尾煙室的物料二次飛揚，達到生產穩定。通過增強系統的分離效率，尤其是增加C1的分離效率，是控制系統飛灰量、平衡系統內各部分風量穩定的有效手段。此外，在采用天然氣為燃料的燒成系統中，建議高溫風機不采用單純調速控制風量，必須設定高溫風機入口閥門，以減少高溫風機轉數對風壓影響而造成系統通風應激變動。

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：中國中材國際工程股份有限公司天津分公司，天津 300400；

2011-08-11；

沈 穎