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摘要：天燃气具有其良好的特性，越来越受到人们的青睐，受到广泛的应用。本文通过工程实例介绍如何对工业窑炉进行天然气取代重油的系统改造。
关键词：工业窑炉 天然气 重油 改造
工业窑炉属于能源消耗大户，重油因为其来源广泛、热质高，在企业的工业窑炉生产过程中常常采用重油作为融化或者煅烧的原料。但是近年来，由于石油资源的日益短缺，重油的价格不断上涨，致使给企业带来了巨大的成本负担，而且重油燃烧会带来一定的环境污染。与成本高、污染相对严重的重油相比，天燃气具有优质、高效、清洁等优点，被人们称为“绿色燃料”。用天燃气取代重油在保证效率的情况下，能有效降低了生产成本以及环境污染，本文主要根据葫芦岛锌厂希贵车间换烧天然气改造工程实例，介绍如何进行天然气取代重油的系统改造。
一、工程概况
葫芦岛锌厂希贵车间主进行有色金属的生产提炼，配置了氧化炉和还原炉，改造前以重油为燃料，通过高温加热使金属矿原材料发生一系列氧化还原反应，精炼出各种有色金属。年消耗重油在1500吨左右。为了降低企业生产成本，提高企业效益，降低环境污染，在满足车间生产工程的前提下，决定对葫芦岛锌厂希贵车间进行天然气取代重油的系统改造。
距离葫芦岛约150公里处有盘锦CNG母站，可提供天燃气供应，本工程前期采用盘锦CNG母站进行供气，后期当葫芦岛CNG母站建成之后，直接由葫芦岛母站进行天燃气供应，以降低天燃气运输成本。
二、改造方案
1.工艺流程
管束车→调压撬→供气管网→燃烧总成（本工程主要为氧化炉和还原炉）
2.热力计算
2.1热量计算的基本原则
2.1.1必须计算单位时间内进入炉膛的天然气流量，保证燃烧释放足够热量。
2.1.2物料加热主要依靠直焰辐射传热，因此在选择烧嘴时，必须考虑火焰长度，确保火焰有效充满炉膛。
2.1.3天然气的燃烧效率及热辐射能力与重油雾化后基本相同，因此以重油为参照进行热力计算。
2.2热力计算
热力计算决定设备的选型与布置，主要计算内容为流量计算、热功率计算、配风计算与管径计算四大方面。
2.2.1流量计算
2.2.1.1重油换算天然气等效流量计算
按照窑炉每小时消耗100kg重油计算，重油的热值为9800kcal/kg，假定燃烧热效率为100%，则重油的发热量为：980000kcal/h。天然气热值按照8500kcal计算，则相同发热量需要天然气115m3/h。
2.2.1.2工作状态下天然气实际流量计算
由于燃气量会随着压力及温度的变化而变化，因此要根据设备实际运行环境下的状态进行换算，才能准确计算出相应的燃气流量，为准确设定烧嘴热负荷提供依据。 经过计算，天然气实际工况流量应为93m3/h。
2.2.2热功率计算
根据重油每小时发热量980000kcal，计算烧嘴热功率得出重油消耗量、天然气实际消耗量、热功率为烧嘴选型提供可靠依据。
2.2.3配风及烟道阻力计算
无论是油、天然气还是煤，燃烧时所需要的理论空气量和燃料发热值的比值都近似相等；亦即对应1MJ低位发热值大约需要标准状态下0.27m3的理论空气量。各种燃料燃烧每MJ的热量能产生近似相等的烟气量，约为0.3m3。
综合上所述，当重油改烧天然气时，由于燃烧时过剩空气相差较多，而总的理论空气量和理论烟气量又近似相等，因此实际烟气量和空气量重油比燃气时要多。如果改烧气体后熔炼炉功率不变，则烟气流速将明显降低。就表示炉子的鼓风机还将有一定的富裕量。假如加大燃气量，适当地提高烧嘴功率，在烟气阻力方面，鼓风机的能力可以满足。
2.2.4管径计算
经过计算之后，本改造工程母管管径采用DN50，支管管径采用DN40，以满足输气量的要求。
3.设备选型
在设备选型方面，主要针对烧嘴选型来进行阐述。
在天然气取代重油的系统改造中，主要选用的是油气两用烧嘴与天然气专用烧嘴。油气两用烧嘴油气换烧转换便捷，当天然气供应量得不到保障时，无需中断生产，即可实现燃料的重油转换。但是在转化为重油时，容易造成烧嘴堵塞，致使设备故障率相对较高，且成本相对较高；天然气专用烧嘴成本相对低廉，结构相对简单，本身故障率低、操作简洁、维护方便、使用安全，并且功能强大，能够方便实现天然气流量、火焰长度的调节，确保各项生产工艺达到要求。但是当当天然气无法正常供应时，（如遇雷雨极端天气，CNG管束车无法拉运），造成停产，要继续使用重油，必须拆掉天然气烧嘴，将重油烧嘴重新安装到原先油管线上，才能继续生产。
结合本工程的实际情况，当葫芦岛CNG母站建成后，输运气将相当方便，不会出现长时间停气情况，考虑到烧嘴的性能稳定，选择天然气专用烧嘴。
4.管道布置及安全装置
4.1管道布置
4.1.1厂房燃气管道采用单母管铺设。母管流量按120m3/h计算，管径取DN50。
4.1.2由于调压撬进气压力为CNG拖车卸气，压力较高，调压比较大，天然气经过降压后，温度急剧下降，需要增设伴热换热系统。
4.1.3由厂房外部引入的燃气总管，在进口处装设总关闭阀，并装设在安全和便于操作的地点。
4.1.4燃气管道上装设放散管、吹扫口。
4.1.5燃气管道架空敷设。
4.2燃烧总成附近布置
三、改造工程完成之后的效益
在未进行改造前，氧化炉和还原炉一年需消耗重油约1500吨，按4600元/吨计算，每年重油燃料费用高达690万元。天燃气改造完成之后，前期由盘锦CNG母站供应天燃气，每年燃气费用为580万元，相比改造前节约110万元。葫芦岛母站建成后，每年燃气费用更是下降到536.3万元，相比改造前节约153.7万元，下降22%，取得了良好的效应。
四、结语
由上述工程案例可以看出，工业窑炉天然气取代重油具有非常良好的经济效应，减少了企业的生产成本，响应了国家节能减排的号召，减少了环境污染。在改造工程中，应根据工程的实际情况，进行应地制宜的改造，才能使天燃气改造工程发挥出最大的效益。
参考文献
[1]刘歌颂. 天然气替代重油经济效益分析[J]. 石化技术.2009（4）.
[2]嵇文娟. 燃煤锅炉改烧天然气的研究应用[J]. 能源研究与利用.2007（1）.
关键词：工业窑炉 天然气 重油 改造
工业窑炉属于能源消耗大户，重油因为其来源广泛、热质高，在企业的工业窑炉生产过程中常常采用重油作为融化或者煅烧的原料。但是近年来，由于石油资源的日益短缺，重油的价格不断上涨，致使给企业带来了巨大的成本负担，而且重油燃烧会带来一定的环境污染。与成本高、污染相对严重的重油相比，天燃气具有优质、高效、清洁等优点，被人们称为“绿色燃料”。用天燃气取代重油在保证效率的情况下，能有效降低了生产成本以及环境污染，本文主要根据葫芦岛锌厂希贵车间换烧天然气改造工程实例，介绍如何进行天然气取代重油的系统改造。
一、工程概况
葫芦岛锌厂希贵车间主进行有色金属的生产提炼，配置了氧化炉和还原炉，改造前以重油为燃料，通过高温加热使金属矿原材料发生一系列氧化还原反应，精炼出各种有色金属。年消耗重油在1500吨左右。为了降低企业生产成本，提高企业效益，降低环境污染，在满足车间生产工程的前提下，决定对葫芦岛锌厂希贵车间进行天然气取代重油的系统改造。
距离葫芦岛约150公里处有盘锦CNG母站，可提供天燃气供应，本工程前期采用盘锦CNG母站进行供气，后期当葫芦岛CNG母站建成之后，直接由葫芦岛母站进行天燃气供应，以降低天燃气运输成本。
二、改造方案
1.工艺流程
管束车→调压撬→供气管网→燃烧总成（本工程主要为氧化炉和还原炉）
2.热力计算
2.1热量计算的基本原则
2.1.1必须计算单位时间内进入炉膛的天然气流量，保证燃烧释放足够热量。
2.1.2物料加热主要依靠直焰辐射传热，因此在选择烧嘴时，必须考虑火焰长度，确保火焰有效充满炉膛。
2.1.3天然气的燃烧效率及热辐射能力与重油雾化后基本相同，因此以重油为参照进行热力计算。
2.2热力计算
热力计算决定设备的选型与布置，主要计算内容为流量计算、热功率计算、配风计算与管径计算四大方面。
2.2.1流量计算
2.2.1.1重油换算天然气等效流量计算
按照窑炉每小时消耗100kg重油计算，重油的热值为9800kcal/kg，假定燃烧热效率为100%，则重油的发热量为：980000kcal/h。天然气热值按照8500kcal计算，则相同发热量需要天然气115m3/h。
2.2.1.2工作状态下天然气实际流量计算
由于燃气量会随着压力及温度的变化而变化，因此要根据设备实际运行环境下的状态进行换算，才能准确计算出相应的燃气流量，为准确设定烧嘴热负荷提供依据。 经过计算，天然气实际工况流量应为93m3/h。
2.2.2热功率计算
根据重油每小时发热量980000kcal，计算烧嘴热功率得出重油消耗量、天然气实际消耗量、热功率为烧嘴选型提供可靠依据。
2.2.3配风及烟道阻力计算
无论是油、天然气还是煤，燃烧时所需要的理论空气量和燃料发热值的比值都近似相等；亦即对应1MJ低位发热值大约需要标准状态下0.27m3的理论空气量。各种燃料燃烧每MJ的热量能产生近似相等的烟气量，约为0.3m3。
综合上所述，当重油改烧天然气时，由于燃烧时过剩空气相差较多，而总的理论空气量和理论烟气量又近似相等，因此实际烟气量和空气量重油比燃气时要多。如果改烧气体后熔炼炉功率不变，则烟气流速将明显降低。就表示炉子的鼓风机还将有一定的富裕量。假如加大燃气量，适当地提高烧嘴功率，在烟气阻力方面，鼓风机的能力可以满足。
2.2.4管径计算
经过计算之后，本改造工程母管管径采用DN50，支管管径采用DN40，以满足输气量的要求。
3.设备选型
在设备选型方面，主要针对烧嘴选型来进行阐述。
在天然气取代重油的系统改造中，主要选用的是油气两用烧嘴与天然气专用烧嘴。油气两用烧嘴油气换烧转换便捷，当天然气供应量得不到保障时，无需中断生产，即可实现燃料的重油转换。但是在转化为重油时，容易造成烧嘴堵塞，致使设备故障率相对较高，且成本相对较高；天然气专用烧嘴成本相对低廉，结构相对简单，本身故障率低、操作简洁、维护方便、使用安全，并且功能强大，能够方便实现天然气流量、火焰长度的调节，确保各项生产工艺达到要求。但是当当天然气无法正常供应时，（如遇雷雨极端天气，CNG管束车无法拉运），造成停产，要继续使用重油，必须拆掉天然气烧嘴，将重油烧嘴重新安装到原先油管线上，才能继续生产。
结合本工程的实际情况，当葫芦岛CNG母站建成后，输运气将相当方便，不会出现长时间停气情况，考虑到烧嘴的性能稳定，选择天然气专用烧嘴。
4.管道布置及安全装置
4.1管道布置
4.1.1厂房燃气管道采用单母管铺设。母管流量按120m3/h计算，管径取DN50。
4.1.2由于调压撬进气压力为CNG拖车卸气，压力较高，调压比较大，天然气经过降压后，温度急剧下降，需要增设伴热换热系统。
4.1.3由厂房外部引入的燃气总管，在进口处装设总关闭阀，并装设在安全和便于操作的地点。
4.1.4燃气管道上装设放散管、吹扫口。
4.1.5燃气管道架空敷设。
4.2燃烧总成附近布置
三、改造工程完成之后的效益
在未进行改造前，氧化炉和还原炉一年需消耗重油约1500吨，按4600元/吨计算，每年重油燃料费用高达690万元。天燃气改造完成之后，前期由盘锦CNG母站供应天燃气，每年燃气费用为580万元，相比改造前节约110万元。葫芦岛母站建成后，每年燃气费用更是下降到536.3万元，相比改造前节约153.7万元，下降22%，取得了良好的效应。
四、结语
由上述工程案例可以看出，工业窑炉天然气取代重油具有非常良好的经济效应，减少了企业的生产成本，响应了国家节能减排的号召，减少了环境污染。在改造工程中，应根据工程的实际情况，进行应地制宜的改造，才能使天燃气改造工程发挥出最大的效益。
参考文献
[1]刘歌颂. 天然气替代重油经济效益分析[J]. 石化技术.2009（4）.
[2]嵇文娟. 燃煤锅炉改烧天然气的研究应用[J]. 能源研究与利用.2007（1）.