石油焦燃燒的綠色回收技術研究

石油焦燃燒的綠色回收技術研究

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],作者認為利用循環(huán)流化床技術,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)流化床鍋爐的特點是低溫動力控制燃燒和高強度的熱量、質(zhì)量和動量傳遞過程,使整個爐膛高度的溫度分布均勻。因而循環(huán)流化床鍋爐燃燒時,爐內(nèi)溫度場分布是至關重要的,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)試驗臺上進行了石油焦與煤混合燃燒試驗,研究了焦煤比和鍋爐運行參數(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,這是由于石油焦常溫可磨系數(shù)(Hardgrove)約為73.6,屬易破碎和磨細燃料。在燃燒過程中,燃料越細,更應控制運行參數(shù),防止機械不完全燃燒熱損失。3試驗臺的測量試驗裝置為東南大學熱能工程研究所自行設計、建造的循環(huán)流化床熱態(tài)試驗臺,流程如圖1所示。試驗臺配備有完整的壓力、溫度和流量測量裝置;預留有固體和煙氣取樣口,在試驗過程中,能實時地進行固體和煙氣取樣。此試驗臺熱輸入率為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試驗結果及分析4.1次風率對密相區(qū)燃燒份額的影響圖2為一次風率對溫度場的影響曲線。可看出,對于不同摻混比燃料,總的趨勢是隨一次風率增大,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。當一次風率增加,氧氣供應量增加,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、揚析進入稀相區(qū),使密相區(qū)燃燒份額減小,稀相區(qū)燃燒份額增大。還有,一次風率增大,在相同溫度下密相區(qū)煙氣攜帶熱量增多。一次風率對溫度的影響,是這兩方面綜合作用的結果。對不同燃料、不同運行工況,這兩方面的作用是不同的,導致一次風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,增大一次風率,密相區(qū)燃燒份額增大,溫度升高。對于本試驗所用石油焦,是細粒、低揮發(fā)份燃料,增大一次風率,使氣泡的產(chǎn)生越多,生長越大,氣體就越難穿過由細顆粒組成的乳化相;而氣泡的上浮速度越快,增加了氣泡的破裂強度,增大了密相區(qū)向稀相區(qū)的物料揚析量,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。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。當循環(huán)流化床純?nèi)际徒箷r,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致爐內(nèi)溫度降低。4.3減少石灰給料及計量圖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。當一次風率為70%時,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℃;但當一次風率為55%時,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)生復雜的物理、化學過程,對床溫影響較大。常溫下的石灰石進入爐膛后,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,吸收熱量,反應熱為:183kJ/mol。煅燒后的生石灰與煙氣中的SO2發(fā)生固硫反應,放出熱量,反應熱為:500kJ/mol。在保證一定脫硫效率的情況下,當Ca/S比增大,石灰石煅燒反應吸熱量增加,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)了與設計值相比床溫偏低現(xiàn)象,表4為其運行參數(shù)表。為此,采取了一些相應措施:減少石灰石給料量由2t/h降至0.6t/h;減少一次風量,增加二次風量;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。當其它工況條件相同,燃料焦煤比由1:1變?yōu)?:1時,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。當給料螺旋轉(zhuǎn)數(shù)由520r/min降低到450r/min時,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,當總風量相同時,減小給料量,將增大過量空氣系數(shù),對溫度降低也有促進作用。5植物溫度ca/s(1)對于不同燃料摻混比,隨一次風率增大,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