天然气与煤粉在回转窑中的应用区别

闫巧峰

（陕西北元集团水泥有限公司， 陕西 榆林 719300）

关键字：天然气；煤粉；回转窑作者简介：闫巧峰（1988- ），女，汉族，陕西榆林人，本科学历，现工作于陕西北元集团水泥有限公司，研究方向：水泥工艺。

0 前言

在20世纪70年代以前国外大多数国家都是采用石油、天然气作为回转窑的燃料。这根这些国家的能源结构有关。并且与回转窑自身的结构特点有关。回转窑在燃烧时需要燃料能够形成较长的火焰并能稳定燃烧，这就要求燃料易于着火且稳燃性好，相对于煤来说，石油和天然气具有明显的优势。再者因为石油和天然气的热值很高，约为煤的2倍，经济成本较低。1973年，国际石油危机爆发导致油价上涨，煤炭由于其较低的价格而逐渐成为水泥烧成的主要燃料。至今为止大多数回转窑仍是以煤为主要的燃料，以石油或天然气作为引燃的燃料。

随着经济的高速发展，人们对美好生活的要求越来越高。人们越来越重视环境保护问题。煤，石油化石燃料的燃烧带来了严重的环境问题，而水泥行业作为一个大量消耗煤炭、石油的行业，在节能减排，经济高效，减少环境污染，降低单位生产能耗方面有着很大的潜力可以挖掘。

我国新型干法生产水泥的过程中以燃煤为主[1]。2015年水泥行业消耗23.48亿吨标准煤，相比煤粉作为回转炉的燃料，天然气具有更多的优点，早在1976年我国就已经投产了第一套以天热气为燃料的回转炉[2]。

1 利用天然气、柴油、煤粉在经济成本上的差别

天然气主要由甲烷组成,其含量约占95%，此外,还有少量的N2、H2等气体。因CH4中的含氢量很高，故天然气热值很高，发热量一般为8360 卡/Nm3[3]，

1.1、天然气和柴油作为点火燃料在经济成本上的差别

柴油的热值为10990卡/千克，天然气的热值为8360卡/Nm3，一千克的柴油的热值相当于1.32 Nm3的天然气。表1给出了我公司一线回转窑点火能耗。柴油的价格为7120元/吨，我公司一线回转窑点火每年需消耗36吨的柴油，总的费用在25.63万元左右。若是换成天热气作为点火燃料，天然气的价格为2.06元/m³，我公司一线回转窑点火每年需要消耗天然气47347m³，全年总的花费为9.75万元，相比于柴油作为引火燃料使用天然气作为引火燃料每年可以节约 15.88万元的成本。

表1 2017年我公司一线回转窑点火消耗

1.2、天然气和煤粉分别作为点火燃料在经济成本上的差别

原煤的热值为5638卡/千克，天然气的热值为8360卡/Nm3，每千克的原煤的热值相当于0.67m³的天然气的热值。以我公司的年产170万吨熟料的回转窑为例。表2为我公司年产170万吨熟料生产线的消耗。每吨熟料需要消耗0.101吨煤粉，一年需要消耗17.17万吨的煤粉，总的成本为6696万元；如果用天然气代替煤粉，每吨熟料的能耗为68.06m³，每年需要消耗11570万m³的天然气，总的成本为23834万元。与煤粉相比使用天然气作为回转窑燃料成本会更高。

表2 年产170万吨熟料消耗

2 天然气、柴油、煤粉在回转窑的应用区别

2.1、在点火时使用天然气代替柴油的区别

柴油的热值为10990卡/千克，天然气的热值为8360卡/Nm3，，两者差值较大，因此将以柴油为引燃燃料的回转窑改为以天然气为引燃燃料的回转窑，必须对回转窑的通气量进行调整。加强天然气烘窑火焰的长度，确保天然气燃烧顺畅，使窑衬能够均匀受热。

用柴油作为引燃燃料时，由于柴油是液体，能够附着在煤粉的表面很容易将煤粉引燃[4]。然而当以天然气为引燃燃料时，由于天然气为气体不能很好地附着在煤粉的表面，所以只有当整个窑膛的温度达到较高的温度时才能引燃煤粉。

2.2、在回转窑中使用煤粉和天然气作为燃料的差别

天然气是一种清洁能源，燃烧后的产物为二氧化碳和水对环境污染较小。以煤炭为主要燃料的生产模式会产生大量的粉尘以及碳氧化合物的、氮氧化合物等有毒有害的气体，这些废气和粉尘会造成严重的环境污染。因此，必须进行回收处理。国家规定的含有粉尘的气体，排放量标准是 400mg/m3。而据统计显示在一条4 500t/d的水泥生产线上，预热器出口的粉尘含量平均为23.35t/h，氮氧化物的含量达到790mg/m3，远远超过国家标准规定[5],[6],[7]。而我公司的3000t/d的生产线现使用的为SNCR脱硝技术氮氧化物的含量＜260 mg/m3，符合国家标准规定。

3 我公司的现状及建议

在点火时，使用天然气作为燃料比柴油作为燃料每年能节约 15.88万元的成本，建议公司对设备进行改造升级，使用天然气替代柴油作为点火的燃料，这样不仅能降低成本，并且能够减少环境污染。

在回转窑燃烧过程中，经过核算利用天然气作为燃料的成本远远大于利用煤粉作为燃料的成本。并且我公司有 SNCR脱硝技术对尾气进行处理使得排放的尾气达到国家规定的标准。因此，不建议公司使用天然气代替煤粉作为回转炉中的燃料。