閆巧峰

（陜西北元集團(tuán)水泥有限公司， 陜西 榆林 719300）

關(guān)鍵字：天然氣；煤粉；回轉(zhuǎn)窯作者簡(jiǎn)介：閆巧峰（1988- ），女，漢族，陜西榆林人，本科學(xué)歷，現(xiàn)工作于陜西北元集團(tuán)水泥有限公司，研究方向：水泥工藝。

0 前言

在20世紀(jì)70年代以前國(guó)外大多數(shù)國(guó)家都是采用石油、天然氣作為回轉(zhuǎn)窯的燃料。這根這些國(guó)家的能源結(jié)構(gòu)有關(guān)。并且與回轉(zhuǎn)窯自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)?；剞D(zhuǎn)窯在燃燒時(shí)需要燃料能夠形成較長(zhǎng)的火焰并能穩(wěn)定燃燒，這就要求燃料易于著火且穩(wěn)燃性好，相對(duì)于煤來(lái)說(shuō)，石油和天然氣具有明顯的優(yōu)勢(shì)。再者因?yàn)槭秃吞烊粴獾臒嶂岛芨撸s為煤的2倍，經(jīng)濟(jì)成本較低。1973年，國(guó)際石油危機(jī)爆發(fā)導(dǎo)致油價(jià)上漲，煤炭由于其較低的價(jià)格而逐漸成為水泥燒成的主要燃料。至今為止大多數(shù)回轉(zhuǎn)窯仍是以煤為主要的燃料，以石油或天然氣作為引燃的燃料。

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)美好生活的要求越來(lái)越高。人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。煤，石油化石燃料的燃燒帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，而水泥行業(yè)作為一個(gè)大量消耗煤炭、石油的行業(yè)，在節(jié)能減排，經(jīng)濟(jì)高效，減少環(huán)境污染，降低單位生產(chǎn)能耗方面有著很大的潛力可以挖掘。

我國(guó)新型干法生產(chǎn)水泥的過(guò)程中以燃煤為主[1]。2015年水泥行業(yè)消耗23.48億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相比煤粉作為回轉(zhuǎn)爐的燃料，天然氣具有更多的優(yōu)點(diǎn)，早在1976年我國(guó)就已經(jīng)投產(chǎn)了第一套以天熱氣為燃料的回轉(zhuǎn)爐[2]。

1 利用天然氣、柴油、煤粉在經(jīng)濟(jì)成本上的差別

天然氣主要由甲烷組成,其含量約占95%，此外,還有少量的N2、H2等氣體。因CH4中的含氫量很高，故天然氣熱值很高，發(fā)熱量一般為8360 卡/Nm3[3]，

1.1、天然氣和柴油作為點(diǎn)火燃料在經(jīng)濟(jì)成本上的差別

柴油的熱值為10990卡/千克，天然氣的熱值為8360卡/Nm3，一千克的柴油的熱值相當(dāng)于1.32 Nm3的天然氣。表1給出了我公司一線回轉(zhuǎn)窯點(diǎn)火能耗。柴油的價(jià)格為7120元/噸，我公司一線回轉(zhuǎn)窯點(diǎn)火每年需消耗36噸的柴油，總的費(fèi)用在25.63萬(wàn)元左右。若是換成天熱氣作為點(diǎn)火燃料，天然氣的價(jià)格為2.06元/m3，我公司一線回轉(zhuǎn)窯點(diǎn)火每年需要消耗天然氣47347m3，全年總的花費(fèi)為9.75萬(wàn)元，相比于柴油作為引火燃料使用天然氣作為引火燃料每年可以節(jié)約 15.88萬(wàn)元的成本。

表1 2017年我公司一線回轉(zhuǎn)窯點(diǎn)火消耗

1.2、天然氣和煤粉分別作為點(diǎn)火燃料在經(jīng)濟(jì)成本上的差別

原煤的熱值為5638卡/千克，天然氣的熱值為8360卡/Nm3，每千克的原煤的熱值相當(dāng)于0.67m3的天然氣的熱值。以我公司的年產(chǎn)170萬(wàn)噸熟料的回轉(zhuǎn)窯為例。表2為我公司年產(chǎn)170萬(wàn)噸熟料生產(chǎn)線的消耗。每噸熟料需要消耗0.101噸煤粉，一年需要消耗17.17萬(wàn)噸的煤粉，總的成本為6696萬(wàn)元；如果用天然氣代替煤粉，每噸熟料的能耗為68.06m3，每年需要消耗11570萬(wàn)m3的天然氣，總的成本為23834萬(wàn)元。與煤粉相比使用天然氣作為回轉(zhuǎn)窯燃料成本會(huì)更高。

表2 年產(chǎn)170萬(wàn)噸熟料消耗

2 天然氣、柴油、煤粉在回轉(zhuǎn)窯的應(yīng)用區(qū)別

2.1、在點(diǎn)火時(shí)使用天然氣代替柴油的區(qū)別

柴油的熱值為10990卡/千克，天然氣的熱值為8360卡/Nm3，，兩者差值較大，因此將以柴油為引燃燃料的回轉(zhuǎn)窯改為以天然氣為引燃燃料的回轉(zhuǎn)窯，必須對(duì)回轉(zhuǎn)窯的通氣量進(jìn)行調(diào)整。加強(qiáng)天然氣烘窯火焰的長(zhǎng)度，確保天然氣燃燒順暢，使窯襯能夠均勻受熱。

用柴油作為引燃燃料時(shí)，由于柴油是液體，能夠附著在煤粉的表面很容易將煤粉引燃[4]。然而當(dāng)以天然氣為引燃燃料時(shí)，由于天然氣為氣體不能很好地附著在煤粉的表面，所以只有當(dāng)整個(gè)窯膛的溫度達(dá)到較高的溫度時(shí)才能引燃煤粉。

2.2、在回轉(zhuǎn)窯中使用煤粉和天然氣作為燃料的差別

天然氣是一種清潔能源，燃燒后的產(chǎn)物為二氧化碳和水對(duì)環(huán)境污染較小。以煤炭為主要燃料的生產(chǎn)模式會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵以及碳氧化合物的、氮氧化合物等有毒有害的氣體，這些廢氣和粉塵會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，必須進(jìn)行回收處理。國(guó)家規(guī)定的含有粉塵的氣體，排放量標(biāo)準(zhǔn)是 400mg/m3。而據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示在一條4 500t/d的水泥生產(chǎn)線上，預(yù)熱器出口的粉塵含量平均為23.35t/h，氮氧化物的含量達(dá)到790mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[5],[6],[7]。而我公司的3000t/d的生產(chǎn)線現(xiàn)使用的為SNCR脫硝技術(shù)氮氧化物的含量＜260 mg/m3，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3 我公司的現(xiàn)狀及建議

在點(diǎn)火時(shí)，使用天然氣作為燃料比柴油作為燃料每年能節(jié)約 15.88萬(wàn)元的成本，建議公司對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)，使用天然氣替代柴油作為點(diǎn)火的燃料，這樣不僅能降低成本，并且能夠減少環(huán)境污染。

在回轉(zhuǎn)窯燃燒過(guò)程中，經(jīng)過(guò)核算利用天然氣作為燃料的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于利用煤粉作為燃料的成本。并且我公司有 SNCR脫硝技術(shù)對(duì)尾氣進(jìn)行處理使得排放的尾氣達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。因此，不建議公司使用天然氣代替煤粉作為回轉(zhuǎn)爐中的燃料。