天然氣替代重油在熔塊窯爐上的應(yīng)用技術(shù)研究*

李家鐸 符以輝 劉定魯

(廣東三水大鴻制釉有限公司 廣東 佛山 528143)

前言

自2014年起，國家對環(huán)境保護(hù)逐漸嚴(yán)格，全國各地陸續(xù)針對工業(yè)用能源進(jìn)行管制，如佛山市就劃定“禁燃區(qū)”明令禁止在2014年9月1日后劃定區(qū)域內(nèi)禁止使用重油、煤炭等“高污染”燃料。隨著天然氣供應(yīng)量的增加，全國各地都在推廣“煤改氣”、“油改氣”，而熔塊窯爐的清潔能源改造只有天然氣和電力2種選擇，通過對兩種能源的加熱特性進(jìn)行對比，采用天然氣替代重油成為首選。

1 天然氣與重油比較

與重油對比，天然氣燃燒后煙氣排放具有較明顯環(huán)保優(yōu)勢。重油主要成分除碳、氫、氧以外，還有較多的硫和其它元素，在氧化反應(yīng)釋放熱量的同時產(chǎn)生二氧化硫及其他有害氣體，導(dǎo)致酸雨和溫室效應(yīng)，破壞環(huán)境。天然氣主要成分是甲烷，在氧化反應(yīng)釋放熱量同時產(chǎn)生的只有水和少量的二氧化碳，對環(huán)境產(chǎn)生破壞大幅度降低，目前很多地區(qū)的天然氣來源是液化天然氣(LNG)轉(zhuǎn)換而來，其純凈度更高，本研究所使用天然氣為LNG。

1.1LNG的主要物理參數(shù)

常壓沸點：-162.15 ℃；熱值：8 500～9 200 kcal/Nm3；液體密度：0.42～0.46 kg/L；氣液體積比：625∶1；甲烷含量：85%～99%。

1.2180#重油的主要指標(biāo)參數(shù)

密度(20 ℃)：<0.98 g/cm3；熱值：≥9 800 kcal/kg；運動粘度(50 ℃)：cSt<180；硫(S)：<1.50 wt%；恩氏粘度:25°E。

表1 天然氣和重油使用對比

續(xù)表1

2 重油改天然氣相關(guān)設(shè)備的整改

廣東三水大鴻制釉有限公司之前是使用重油來熔制熔塊，熔制相關(guān)的設(shè)備配置均是圍繞使用重油的前提，本次采取了用天然氣來替代重油的方案，由于天然氣的物理性質(zhì)與重油有極大的差異，在替換時需做大量關(guān)于設(shè)備和工藝的整改。

2.1 窯爐燃料替換的相關(guān)設(shè)備整改

為了降低替換成本，本次替換爐體先不做改動。

2.1.1 燃料供應(yīng)系統(tǒng)替換

因為重油為液體且恩氏粘度為25°E、相對水密度為0.98，原重油系統(tǒng)采用的是油泵逐級泵送，最后在窯爐前由一套重油恒壓系統(tǒng)給各窯爐提供壓力為0.5 MPa的燃燒用重油。

改用天然氣后，由于輸送過程中其阻力(天然氣為氣態(tài)輸送阻力)遠(yuǎn)小于重油，所以天然氣輸送時可以利用天然氣氣化時自身產(chǎn)生的壓力來實現(xiàn)輸送。天然氣的獲得可以分為兩個來源：從市場上獲得的液化天然氣，此類天然氣需用低溫罐車運送至使用地，轉(zhuǎn)送至使用地儲罐，再經(jīng)氣化器、穩(wěn)壓器通過管道輸送至各使用設(shè)備使用；或者直接使用市政管道天然氣，由于其采用管道將氣態(tài)天然氣輸送至使用地，需在使用地建立接收站，將管道天然氣進(jìn)行適當(dāng)減壓后通過管道送至各使用設(shè)備使用。

由于天然氣與重油的物性存在差異，因此燃料供應(yīng)系統(tǒng)使用的閥門、壓力表、流量計、安全閥、減壓穩(wěn)壓閥等配件均需更換成適用型號。

2.1.2 燃燒及控制系統(tǒng)替換

液態(tài)的重油在進(jìn)入爐膛燃燒前，需使用各種合適方法將重油升溫、霧化，使重油進(jìn)入爐膛后可以與空氣充分混合加大接觸面積，從而使重油迅速發(fā)生氧化反應(yīng)釋放熱能。

使用天然氣燃料預(yù)混空氣較重油預(yù)混空氣少0.1 MPa左右，根據(jù)天然氣燃燒特性，需使用適當(dāng)?shù)姆绞綄⑷細(xì)馀c少量助燃空氣預(yù)混，從而使燃?xì)獗M速發(fā)生氧化反應(yīng)釋放熱能。

由于以上2種燃料的燃燒前期需求不同，重油需前置加熱，燃燒器要達(dá)到的效果就是通過槍體使用壓縮空氣將重油霧化噴入爐膛，燃?xì)馊紵餍枰跇岓w內(nèi)完成預(yù)混。所以燃料替換時需更換成適用于燃?xì)獾娜紵?，以及增加預(yù)混空氣的設(shè)備。燃控系統(tǒng)所用設(shè)備不需變化，只需將控制PLC內(nèi)程序依燃?xì)馓匦灾匦戮帉懠纯伞?/p>

在以上整改結(jié)束后即投入使用，但在使用中陸續(xù)出現(xiàn)了燃?xì)庥昧坑嬃坎粶?zhǔn)確、煙氣溫度下降、燃?xì)忸A(yù)混不足、窯爐流出料過熔、加料困難、窯爐產(chǎn)量不足等現(xiàn)象。

2.2 窯爐關(guān)鍵結(jié)構(gòu)局部整改

第一次設(shè)備整改投入使用后，不能完全達(dá)到生產(chǎn)要求，再針對初次使用的不足現(xiàn)象進(jìn)行了第二次整改，此次在控制投資前提下對窯爐主體進(jìn)行少許改動。

從第一次使用不足的現(xiàn)象來分析，問題系爐膛內(nèi)高溫點前移、流量計無壓力溫度補償?shù)仍蛩拢宰鲠槍π哉募纯伞?/p>

由于燃?xì)庀鄬χ赜驮谕葻嶂滇尫诺臈l件下與重油所需要的氧氣并不一樣，同樣1 kcal熱值的情況下，重油燃燒需要空氣13 m3,燃?xì)庑枰諝?4 m3。由于是利用現(xiàn)有窯爐，如果主體做大幅度整改將大大提高投入費用，通過對燃?xì)獾牧私庖约芭c窯爐公司、燃?xì)馓峁┓降牡墓餐Γ瑳Q定對窯爐主體做以下調(diào)整：

2.2.1 窯爐與蓄熱室連接處風(fēng)道角度調(diào)整

由于燃?xì)饨M成原因?qū)е聫娜紵鲊姵龅娜細(xì)馀c少量空氣混合氣體在窯爐內(nèi)的燃燒點離燃燒機(jī)口的距離比使用重油時要遠(yuǎn)，致使?fàn)t內(nèi)高溫點向窯爐前墻移動，需將助燃空氣切入角度做適度調(diào)整，以求將高溫點往回移動。擬將蓄熱室通往爐膛的連接道之斜角由20°調(diào)整到23°，將助燃空氣與燃?xì)饣旌蠚怏w的接觸點向后墻逐步移動。

2.2.2 加料口位置調(diào)整

單采用窯爐與蓄熱室連接處風(fēng)道角度調(diào)整尚不能完全達(dá)到原料與高溫點交匯的目的。在用重油熔制時，原料加料口同樣需要靠近高溫點，加料口中心點距離后墻距離為90 cm，在使用燃?xì)馊壑茣r高溫點向前墻方向移動，為了使原料貼近高溫點能迅速溶解，加料口中心點需向前墻移動30 cm。

2.3 窯爐周邊附屬設(shè)備整改

2.3.1 流量計校準(zhǔn)

原使用流量計為工況流量計，不能對實際使用時的非標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力進(jìn)行自動補償，所以會出現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)較實際數(shù)據(jù)有較大的偏差，在原有流量計上加入相關(guān)補償部分后解決流量誤差。

2.3.2 烘窯設(shè)備

燃料替換之后，原配合重油的烘窯方法和設(shè)備不再適用，本次重新設(shè)計并制作烘爐的燃燒設(shè)備和控制系統(tǒng)。

烘爐設(shè)備采用單燃燒機(jī)配合自動控制燃燒控制系統(tǒng)，單燃燒機(jī)前段加置熱風(fēng)混合風(fēng)筒，進(jìn)入爐膛內(nèi)為無明焰的高溫?zé)峥諝猓恢潦範(fàn)t膛內(nèi)各部溫度差異過大。燃控系統(tǒng)使用爐體溫度感應(yīng)裝置給出信號自動調(diào)整燃?xì)?、助燃空氣的供給量從而使?fàn)t體升溫與電腦設(shè)定升溫曲線一致。

2.4 現(xiàn)場生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整

燃?xì)馊壑茣r相關(guān)參數(shù)亦需配合做一定微調(diào)，如加料速度、熔制溫度、流量速度、窯爐助燃空氣、煙氣排放等均需依實際狀況做微調(diào)，才可以使原用重油熔制窯爐在改用燃?xì)夂罂烧Ｉa(chǎn)。

表2 同種產(chǎn)品燃?xì)夂腿加蛯Ρ?/p>

3 結(jié)語

廣東三水大鴻制釉有限公司此次重油熔塊窯爐將燃料更換為天然氣后，在生產(chǎn)使用中通過陸續(xù)的設(shè)備和工藝方面的調(diào)整，使得該窯爐使用天然氣后生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量、能源消耗均達(dá)到使用重油時的水準(zhǔn)，尤其在能耗方面，其因為所需要的助燃空氣量稍降的原因有所下降。經(jīng)過對設(shè)備和生產(chǎn)工藝方面不斷的調(diào)整后長期使用觀察，確認(rèn)本次成功將重油熔塊窯爐的燃料由重油換為天然氣，達(dá)到了國家政府對環(huán)境保護(hù)的要求，降低了熔塊生產(chǎn)的社會環(huán)境成本。

本次燃料替換是在使用重油為燃料的窯爐進(jìn)行局部改造的基礎(chǔ)上進(jìn)行，考慮投資和工程量的原因，這些改造無法達(dá)到較高優(yōu)化水平。從目前天然氣推進(jìn)力度和價格狀況走勢看，如果是新建天然氣熔塊窯爐，充分考慮天然氣特性，其完全可以達(dá)到更高的節(jié)能水平。