石油焦燃燒的綠色回收技術(shù)研究

石油焦燃燒的綠色回收技術(shù)研究

1石油焦和煤混燒石油焦是烹飪工藝的副產(chǎn)品。它具有低碳灰?guī)r、一定的頭發(fā)、高熱值的固體燃料。由于其成分里含有相當(dāng)多的硫、氮元素和釩、鎳等堿金屬元素,是造成腐蝕、沾污等的主要原因;另外其著火和燃燒也較困難,所以石油焦屬于劣質(zhì)燃料?；谌紵臀廴疚锱欧欧矫婵紤],作者認(rèn)為利用循環(huán)流化床技術(shù),石油焦與煤混燒是高效、清潔利用石油焦的有效方法。循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)是低溫動力控制燃燒和高強(qiáng)度的熱量、質(zhì)量和動量傳遞過程,使整個(gè)爐膛高度的溫度分布均勻。因而循環(huán)流化床鍋爐燃燒時(shí),爐內(nèi)溫度場分布是至關(guān)重要的,它可反映出爐內(nèi)氣固流動特性、燃燒特性和熱量傳遞特性等。本文在0.5MW循環(huán)流化床熱態(tài)試驗(yàn)臺上進(jìn)行了石油焦與煤混合燃燒試驗(yàn),研究了焦煤比和鍋爐運(yùn)行參數(shù)等對爐內(nèi)溫度場分布的影響規(guī)律。2燃料的質(zhì)量與粒度分析試驗(yàn)所選用的燃料為金陵石化熱電廠所用的煤和石油焦。燃料的元素分析和工業(yè)分析數(shù)據(jù)如表1～表2所示。從表中可看出,石油焦是富含碳的燃料,碳含量高達(dá)87.01%,低位發(fā)熱量為33.85MJ/kg,灰分很少,與煤相比,硫、氮的含量較高。燃料的粒度分析結(jié)果如表3所示,煤的平均粒徑約為2.508mm,石油焦的平均粒徑約為1.413mm。石油焦與煤相比,粒徑偏細(xì),這是由于石油焦常溫可磨系數(shù)(Hardgrove)約為73.6,屬易破碎和磨細(xì)燃料。在燃燒過程中,燃料越細(xì),更應(yīng)控制運(yùn)行參數(shù),防止機(jī)械不完全燃燒熱損失。3試驗(yàn)臺的測量試驗(yàn)裝置為東南大學(xué)熱能工程研究所自行設(shè)計(jì)、建造的循環(huán)流化床熱態(tài)試驗(yàn)臺,流程如圖1所示。試驗(yàn)臺配備有完整的壓力、溫度和流量測量裝置;預(yù)留有固體和煙氣取樣口,在試驗(yàn)過程中,能實(shí)時(shí)地進(jìn)行固體和煙氣取樣。此試驗(yàn)臺熱輸入率為0.5MW,爐膛密相區(qū)內(nèi)徑為300mm,內(nèi)敷有50mm厚的耐磨材料,稀相區(qū)內(nèi)徑為400mm。爐膛總高12m。4試驗(yàn)結(jié)果及分析4.1次風(fēng)率對密相區(qū)燃燒份額的影響圖2為一次風(fēng)率對溫度場的影響曲線?？煽闯?對于不同摻混比燃料,總的趨勢是隨一次風(fēng)率增大,密相區(qū)溫度降低,爐膛溫度更趨于均勻。不同摻混比燃料,其燃料成分和粒度都不同,則一次風(fēng)率變化對其燃燒的影響程度也不盡相同。對于純焦燃燒,密、稀相區(qū)溫差很大,燃燒份額分布、燃燒組織都不理想。一次風(fēng)率對爐內(nèi)溫度場的影響可從燃燒份額分布及煙氣攜帶熱量等方面分析。當(dāng)一次風(fēng)率增加,氧氣供應(yīng)量增加,密相區(qū)的燃燒份額有所上升,但受密相區(qū)氣泡相和乳化相之間傳質(zhì)阻力的限制,燃燒份額并未按同等比例增加。另外,一次風(fēng)率增大,密相區(qū)氣泡變大,氣泡上浮速度加快,從而使更多的燃料顆粒被夾帶、揚(yáng)析進(jìn)入稀相區(qū),使密相區(qū)燃燒份額減小,稀相區(qū)燃燒份額增大。還有,一次風(fēng)率增大,在相同溫度下密相區(qū)煙氣攜帶熱量增多。一次風(fēng)率對溫度的影響,是這兩方面綜合作用的結(jié)果。對不同燃料、不同運(yùn)行工況,這兩方面的作用是不同的,導(dǎo)致一次風(fēng)率對溫度場的影響也不一樣。對于大顆粒、高揮發(fā)份的燃料,增大一次風(fēng)率,密相區(qū)燃燒份額增大,溫度升高。對于本試驗(yàn)所用石油焦,是細(xì)粒、低揮發(fā)份燃料,增大一次風(fēng)率,使氣泡的產(chǎn)生越多,生長越大,氣體就越難穿過由細(xì)顆粒組成的乳化相;而氣泡的上浮速度越快,增加了氣泡的破裂強(qiáng)度,增大了密相區(qū)向稀相區(qū)的物料揚(yáng)析量,從而密相區(qū)溫度降低。對于純石油焦燃燒而言,其密、稀相區(qū)溫差很大,這與石油焦灰分低、熱值高的燃料特性有關(guān)。在無外加床料情況下,石油焦燃燒形成不了高濃度、高通量的物料循環(huán)。密相區(qū)熱量無法通過高濃度循環(huán)量帶入稀相區(qū),所以密、稀相區(qū)溫差大。當(dāng)循環(huán)流化床純?nèi)际徒箷r(shí),必須在燃料中加入惰性床料,或與其它燃料混燒,才更易控制石油焦在爐內(nèi)的燃燒。4.2密、稀相區(qū)溫度值過量空氣系數(shù)對爐內(nèi)溫度場的影響如圖3所示。對不同摻混比燃料,隨過量空氣系數(shù)增大,密、稀相區(qū)的溫度均降低。這是由于隨著過量空氣系數(shù)增大,爐膛內(nèi)流化速度增大,物料循環(huán)量增大,煙氣與受熱面間的傳熱系數(shù)增大,受熱面吸熱量增多,爐內(nèi)溫度降低。過量空氣系數(shù)增大,爐膛出口煙氣熱損失增大也會導(dǎo)致爐內(nèi)溫度降低。4.3減少石灰給料及計(jì)量圖4為Ca/S比對爐內(nèi)溫度場的影響曲線。燃料為焦煤比為1:1的混合燃料。當(dāng)一次風(fēng)率為70%時(shí),隨Ca/S比增大,密、稀相區(qū)溫度都降低。Ca/S比從1.5升到2.5后,爐內(nèi)平均溫度由約880℃降為約820℃;但當(dāng)一次風(fēng)率為55%時(shí),隨Ca/S比增大,密相區(qū)溫度降低,而稀相區(qū)溫度則升高。石灰石投入爐內(nèi)后,將發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)過程,對床溫影響較大。常溫下的石灰石進(jìn)入爐膛后,在床料的熱交換下,溫度升高到床層溫度,此過程吸收物理熱。石灰石溫度繼續(xù)升高到一定溫度后發(fā)生煅燒反應(yīng),吸收熱量,反應(yīng)熱為:183kJ/mol。煅燒后的生石灰與煙氣中的SO2發(fā)生固硫反應(yīng),放出熱量,反應(yīng)熱為:500kJ/mol。在保證一定脫硫效率的情況下,當(dāng)Ca/S比增大,石灰石煅燒反應(yīng)吸熱量增加,床溫降低。浙江鎮(zhèn)海煉化公司有兩臺220t/h純燒石油焦的循環(huán)流化床鍋爐,2號爐出現(xiàn)了與設(shè)計(jì)值相比床溫偏低現(xiàn)象,表4為其運(yùn)行參數(shù)表。為此,采取了一些相應(yīng)措施:減少石灰石給料量由2t/h降至0.6t/h;減少一次風(fēng)量,增加二次風(fēng)量;減少排渣量等,床溫隨之趨于正常。4.4石油焦與煤混燒圖5為燃料中焦煤比對溫度場的影響曲線圖。當(dāng)其它工況條件相同,燃料焦煤比由1:1變?yōu)?:1時(shí),爐內(nèi)溫度場趨于均勻,爐內(nèi)上、下溫差變小。這是由于石油焦的粒徑比煤要小,揮發(fā)份含量也低,當(dāng)燃料中石油焦的含量增多,密相區(qū)的燃燒份額將減少,稀相區(qū)燃燒份額增多,從而縮小了彼此的溫度差異。對于石油焦與煤混燒,最主要是要保證一定的物料循環(huán)量和密、稀相區(qū)的燃燒份額分布。對于純焦燃燒,積累的床層物料量偏少,物料循環(huán)量也低,造成爐內(nèi)溫度場不均勻。對于焦煤比為3:1的混合燃料,燃料粒徑分布、物料循環(huán)量都達(dá)到了最佳值范圍,因此爐內(nèi)溫度場也趨于均勻。4.5降低爐內(nèi)溫度燃料給料量對溫度場的影響如圖6所示。當(dāng)給料螺旋轉(zhuǎn)數(shù)由520r/min降低到450r/min時(shí),爐內(nèi)平均溫度由約855℃降低到約830℃。熱輸入率降低,造成爐內(nèi)溫度降低。另外,當(dāng)總風(fēng)量相同時(shí),減小給料量,將增大過量空氣系數(shù),對溫度降低也有促進(jìn)作用。5植物溫度ca/s(1)對于不同燃料摻混比,隨一次風(fēng)率增大,密相區(qū)溫度降低,爐膛溫度更趨于均勻。(2)隨過量空氣系數(shù)增大,密、稀相區(qū)溫