以天然气为燃料的烧成系统调试和处理

以天然气为燃料的烧成系统调试和处理

天然气主要成分为甲烷，燃烧产生的废气量相对于煤来说更大。因此预热器系统的通风量需要良好的控制；此外天然气燃烧器的火头太软，容易造成烧成带偏移，引起预热器堵料。本文结合阿曼3000t/d的调试情况提出针对天然气燃料的控制和改进的建议。

天然气；操作调试；改进

1 水泥窑系统采用天然气为燃料的特点及带来的问题

天然气的主要成分为甲烷（CH4），而煤的主要成分主要为碳（C）。

天然气燃烧情况为：

CH4+2O2=CO2+2H2O

而煤的燃烧为：

C+O2=CO2

从化学反应方程式上看，天然气的燃烧要比煤多耗一份氧气，同时也多产生两份水分。

因此可以看出采用天然气为燃料的系统，因为需要一次风量比较多，冷风掺入量加大，比以煤为燃料的系统热耗高，同时废气量也会增加。

关于风量计算可以有多种公式，水泥工业通用的经验公式为：

固体燃料的理论燃烧空气量=

1.01 Qnet，ar/1000+0.5m3（标）/kg

气体燃料的理论燃烧空气量

=1.09Qnet，ar/1000-0.25m3（标）/m3（标）

固体燃料的理论燃烧烟气量=

0.89 Qnet，ar/1000+1.65m3（标）/kg

气体燃料的理论燃烧烟气量=

1.14 Qnet，ar/1000+0.25m3（标）/m3（标）

按照煤的低位热值20934kJ/kg、天然气的低位热值33494.4kJ/kg计算：

固体燃料的理论燃烧空气量=5.55m3（标）/kg

气体燃料的理论燃烧空气量=8.47m3（标）/m3（标）

固体燃料的理论燃烧烟气量=6.1m3（标）/kg

气体燃料的理论燃烧烟气量=9.37m3（标）/m3（标）

气体燃料燃烧产生水蒸汽量=0.1914m3（标）/m3（标）

从上述运算中可以看出两者的差别还是比较明显的。且作为低位热值的巨大差异引起的燃料消耗量也尤为明显：

根据热耗3056.4kJ/kg熟料的3000t/d的窑来说，其燃料需要量分别为：

固体燃料的燃料消耗量=q/Qnet，ar/0.97kg

天然气燃料的消耗量=q/Qnet，ar/0.97m3（标）

根据计算来看，虽然热耗变化使得燃料用量减少，但是烟气量增大17%左右，实际设计和使用过程中也验证以天然气为燃料时废气量的确会多一点，在设计和操作中需要注意。从现场实际操作来看，天然气火头比较软，火焰不集中，火头也比较短，容易受拉风等情况影响而造成火焰后移、火焰舔砖等负面影响。在此特性下，烧成操作对于控风要求更加严格。

由于透水沥青混合料粗集料内部含有大量的沥青混合料，再加上高黏度改性沥青的拌和作业难度较大，因此，施工人员需保证混合料拌和的温度，即将混合料的出厂温度控制在既定的规范标准范围内。表2为透水沥青混合料的拌和施工温度控制要求。

2 调试实践

现以阿曼3000t/d的生产线为例进行说明。阿曼是天津院在阿拉伯国家的第一条工程承包生产线。其中生料磨采用非凡立磨，烧成系统采用洪堡设备，水泥磨为国产并配用洪堡辊压机，其余均为国内配套。其中使用天然气的带旁路放风的烧成系统是我们第一次操作，从中受到很多启迪，得到很多宝贵经验。

图1为阿曼3000t/d的烧成系统流程图，窑尾采用五级单系列预热器，由洪堡提供技术，部分中国分交构成。

该生产线烧成系统采用五级单系列预热器、第三代篦冷机、两档短窑，生料入窑由提升机机械喂料。燃料为天然气，系统热耗为3056.4kJ/kg熟料。其预热器的特点之一是内筒直径为旋风筒直径的0.5～0.55，各项性能表现趋于均衡。第二是独特的撒料板设计，经过调节撒料板的位置适应使用条件，撒料更加均匀连续。详见图2所示。

采用煤及重油作为燃料时，窑的产量均较高，但以天然气作为燃料时燃烧所产生的废气量较多，导致窑尾风速偏高，对于一般性标准设计，窑尾设计风速一般为12m/s左右；而以天然气作为燃料时窑尾风速达到14m/s左右。高速的窑尾烟气将喂入窑内的料粉带出，引起二次飞扬，导致喂料困难，一般情况采用天然气作为燃料时窑的产量会降低5%左右。

表1 3000t/d级别的预热器系统对比

表2 纳哈达项目烧成系统预热器技术规格

因此对于天然气为燃料引起的窑（标）内通风过大问题尤其要重视，在现场操作中洪堡公司的现场指导人员坚持严格按照洪堡公司的通用操作手册来操作，即在生产中85%～95%的窑内通风，5%～15%的三次风。基于以上观点，此时过多的窑内通风大大加重了喂料负担。根据天然气火头较短、又弱的特点，物料反复抽噎似的喂料状态导致窑头火受影响，经常有小幅正压现象。为了稳定窑头负压增加拉风后火焰后移，窑尾烟室的温度长期达到1150℃～1200℃，出现每周必定结皮的后果。图3是我们在周检修的时候拍到的窑尾烟室和窑尾上升管道结皮情况。从照片可以看出烟室斜坡被物料堆满，烟室截面近50%被结皮堵塞。图4为上升管道的结皮情况。为此，调试组进行现场方案探讨，决定降低窑内通风，将三次风量增加到35%～40%，缓解烟室压力，改善烧成效果。经过几周的运行，最终证明这个方案是正确的，生产趋于正常。同时在烧成系统风量增加的情况下，窑尾飞灰量增加。C1废气温度升高，热耗增加。如果是国内的低压损大蜗壳系列预热器这种现象会更严重，烧成系统飞灰量有可能是正常飞灰量的四倍。

3 以天然气为燃料的烧成系统的窑内通风等问题的解决和应用

如何解决和控制窑内通风过大，C1因废气量增加而引起的飞灰量增加和温度升高的问题呢？

表1为阿曼3000t/d和拉法基3500t/d以及广东四惠3000t/d的对比。

从表1看，都江堰设备除了因为产量相差500t/d，高温风机功率和风量有些提高外，可以看出整体国产3000t/d级预热器和窑系统配合的压力都要略小于阿曼的生产线。大蜗壳的设计和内筒面积为旋风筒面积的60%～62%，也是降低压损的主要原因之一。这不仅仅是节能降耗，而且生产操作中对于风的调节更加直接和敏感，见效也就快些。

针对以上对比，我们根据现场的实际操作，从两方面调节：

（1）对于天然气为燃料的设备采用新型预热器，尤其是C1内筒要尽可能小些长些，以提高分离效率。

（2）针对已有大蜗壳预热器，处理方式是在C1内筒砌筑100mm的耐火砖，将内筒的长度加长150～200mm，从而通过适当提高分离效率减少飞灰量，取得了良好的效果。

在埃及2008年末签订的以天然气为燃料的6000t/d的纳哈达项目中，新型预热器已经被采用，其烧成系统预热器技术规格见表2。

4 结语

采用天然气为燃料的烧成系统，其系统烟气量比普通燃煤的预热器系统废气量多17%左右，而产量要降低约5%，窑头火焰受拉风影响比较大。在采用天然气为燃料的烧成系统操作中要尽可能地控制窑内通风量，减少窑尾烟室的物料二次飞扬，达到生产稳定。通过增强系统的分离效率，尤其是增加C1的分离效率，是控制系统飞灰量、平衡系统内各部分风量稳定的有效手段。此外，在采用天然气为燃料的烧成系统中，建议高温风机不采用单纯调速控制风量，必须设定高温风机入口阀门，以减少高温风机转数对风压影响而造成系统通风应激变动。

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

通讯地址：中国中材国际工程股份有限公司天津分公司，天津 300400；

2011-08-11；

沈 颖