天然氣與煤粉在回轉窯中的應用區別

閆巧峰

（陜西北元集團水泥有限公司， 陜西 榆林 719300）

關鍵字：天然氣；煤粉；回轉窯作者簡介：閆巧峰（1988- ），女，漢族，陜西榆林人，本科學歷，現工作于陜西北元集團水泥有限公司，研究方向：水泥工藝。

0 前言

在20世紀70年代以前國外大多數國家都是采用石油、天然氣作為回轉窯的燃料。這根這些國家的能源結構有關。并且與回轉窯自身的結構特點有關。回轉窯在燃燒時需要燃料能夠形成較長的火焰并能穩定燃燒，這就要求燃料易于著火且穩燃性好，相對于煤來說，石油和天然氣具有明顯的優勢。再者因為石油和天然氣的熱值很高，約為煤的2倍，經濟成本較低。1973年，國際石油危機爆發導致油價上漲，煤炭由于其較低的價格而逐漸成為水泥燒成的主要燃料。至今為止大多數回轉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。

隨著經濟的高速發展，人們對美好生活的要求越來越高。人們越來越重視環境保護問題。煤，石油化石燃料的燃燒帶來了嚴重的環境問題，而水泥行業作為一個大量消耗煤炭、石油的行業，在節能減排，經濟高效，減少環境污染，降低單位生產能耗方面有著很大的潛力可以挖掘。

我國新型干法生產水泥的過程中以燃煤為主[1]。2015年水泥行業消耗23.48億噸標準煤，相比煤粉作為回轉爐的燃料，天然氣具有更多的優點，早在1976年我國就已經投產了第一套以天熱氣為燃料的回轉爐[2]。

1 利用天然氣、柴油、煤粉在經濟成本上的差別

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，發熱量一般為8360 卡/Nm3[3]，

1.1、天然氣和柴油作為點火燃料在經濟成本上的差別

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于1.32 Nm3的天然氣。表1給出了我公司一線回轉窯點火能耗。柴油的價格為7120元/噸，我公司一線回轉窯點火每年需消耗36噸的柴油，總的費用在25.63萬元左右。若是換成天熱氣作為點火燃料，天然氣的價格為2.06元/m3，我公司一線回轉窯點火每年需要消耗天然氣47347m3，全年總的花費為9.75萬元，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約 15.88萬元的成本。

表1 2017年我公司一線回轉窯點火消耗

1.2、天然氣和煤粉分別作為點火燃料在經濟成本上的差別

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于0.67m3的天然氣的熱值。以我公司的年產170萬噸熟料的回轉窯為例。表2為我公司年產170萬噸熟料生產線的消耗。每噸熟料需要消耗0.101噸煤粉，一年需要消耗17.17萬噸的煤粉，總的成本為6696萬元；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m3的天然氣，總的成本為23834萬元。與煤粉相比使用天然氣作為回轉窯燃料成本會更高。

表2 年產170萬噸熟料消耗

2 天然氣、柴油、煤粉在回轉窯的應用區別

2.1、在點火時使用天然氣代替柴油的區別

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窯改為以天然氣為引燃燃料的回轉窯，必須對回轉窯的通氣量進行調整。加強天然氣烘窯火焰的長度，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，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]。然而當以天然氣為引燃燃料時，由于天然氣為氣體不能很好地附著在煤粉的表面，所以只有當整個窯膛的溫度達到較高的溫度時才能引燃煤粉。

2.2、在回轉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，燃燒后的產物為二氧化碳和水對環境污染較小。以煤炭為主要燃料的生產模式會產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，這些廢氣和粉塵會造成嚴重的環境污染。因此，必須進行回收處理。國家規定的含有粉塵的氣體，排放量標準是 400mg/m3。而據統計顯示在一條4 500t/d的水泥生產線上，預熱器出口的粉塵含量平均為23.35t/h，氮氧化物的含量達到790mg/m3，遠遠超過國家標準規定[5],[6],[7]。而我公司的3000t/d的生產線現使用的為SNCR脫硝技術氮氧化物的含量＜260 mg/m3，符合國家標準規定。

3 我公司的現狀及建議

在點火時，使用天然氣作為燃料比柴油作為燃料每年能節約 15.88萬元的成本，建議公司對設備進行改造升級，使用天然氣替代柴油作為點火的燃料，這樣不僅能降低成本，并且能夠減少環境污染。

在回轉窯燃燒過程中，經過核算利用天然氣作為燃料的成本遠遠大于利用煤粉作為燃料的成本。并且我公司有 SNCR脫硝技術對尾氣進行處理使得排放的尾氣達到國家規定的標準。因此，不建議公司使用天然氣代替煤粉作為回轉爐中的燃料。