水焦浆-液态石油焦在电站锅炉上的应用.pdf

1 0 余 热 锅 炉2 0 0 5 ． 2 水焦浆一液态石油焦在 电站锅炉上的应用 杭州锅炉 集团有限公司 杨再成 1 引言 石油焦是炼油厂将原油通过常压和减压 蒸馏后的残渣油作原料经延迟焦化 热裂 工序处理转化而成的产品， 也就是石油经深 加工后获得的副产品。随着我国经济持续高 速发展，石油工业的发展更是如13 中天。仅 以2 0 0 5 年为例，全国原油加工量预计约为 2 ． 3 5 亿吨，其中0 ． 8 1 亿吨左右依赖进口， 全国延迟焦化能力将增加到 3 0 0 0 3 2 0 0 万 吨。预计石油焦的产量将达到 7 5 0 8 0 0 万 吨， 其中约 3 0 ％为只能当作废物的燃料级 石油焦 高硫石油焦 ，即约 2 4 0 万吨／ 年可 用作锅炉、水泥窑等设备的动力燃料，具有 很大的利用价值。如果全部用作发电锅炉燃 料，则可供给 1 0 2 2 0 t ／ h 5 0 0 f W 高压蒸 汽锅炉一年的燃料。1 O 年以后，石油焦的 产量必然增长到2 倍以上。所以如何高效经 济地燃用石油焦已受到有关各方人士的广泛 注意。 从 1 9 9 9 年到2 0 0 1 年，我国已有四家炼 油企业 金陵石化、上海石化、武汉石化和 镇海石化采用 C F B锅炉单烧或混烧石油 焦， 装机容量达到 1 5 7 5 t／ h ，约合 3 5 6 M W。 此外，还有 6 家石化企业在建或拟建一批 1 3 0 4 1 0 t ／ h 的C F B 锅炉，总容量达3 4 5 0 t ／ h 折合 7 8 4 M W。最近北京燕山石化专烧石油 焦的2 3 1 0 t ／ h C F B锅炉已进入筹建阶段。 由此可见，燃用石油焦的锅炉市场方兴未 艾， 而且中石化系统燃用石油焦首选 C F B 锅炉。 2 0 0 3 年，由北京华宇工程公司和南京 大学某化工研究中心合作使用专有技术成功 地将固态石油焦制成了类似水煤浆品质的新 型液态燃料一水焦浆，为石油焦的燃烧方式 开辟了一条新路。 2 石油焦的基本性质 2 ． 1 物理性质 1 外观物理形态和煤块相似； 2 真密度约为 2 8 0 0 k g ／ m s ； 3 可磨性易破碎，可磨系数和烟煤 相当，但有一定粘性； 4 软化温度约8 O ℃。 2 ． 2 化学组成 化学组成与原油产地有关，从中东进口 的原油含硫特别高。 表 1 列举了几个石化企业的石油焦组成 资料。 从表 1 所列各地石化公司零星分析资料 可以看出，石油焦的元素组成特点有 1 含碳、氮、 硫、水分较高，热值较 高，可谓 “ 五高” ； 2 含挥发分、灰分低一可谓 “ 二低” 。 2 ． 3 燃烧特性 1 含碳量高、挥发分少， 燃料的比表 面积、 孔隙体积只有烟煤的 1 ／ 3 1 ／ 4 ，类 似于无烟煤，燃烧稳定性差， 不易燃尽。挥 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 0 5 ． 2 表 1 石油焦的元素分析资料 C H O N S A W V Q 序号 石化企业名称 ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ ％ l k g 金陵石化 1 7 9 。0 4 3 ． 2 0 0 ． 8 0 1 ． 1 7 4 ． 7 5 0 ． 9 9 1 0 ． 0 l 1 ． 0 1 3 0 3 4 1 应用基 镇海炼化 l 1 ． 8 2 2 7 6 ．8 9 3 ． 1 9 2 ． 3 2 1 ． 2 7 5 ． 5 l 2 ． 5 9 8 。 2 3 3 0 3 3 o 应用基 V 武汉石化 3 8 9 ．4 6 4 ． 6 o O ． 5 0 2 ． 5 5 1 ． 8 9 0 ． 9 8 5 ． 8 3 ∞9 5 干基 广石化 4 8 8 ．2 9 3 ． 仍 1 ． 9 3 1 ． 1 1 2 ． 8 2 1 ． 6 4 7 ． 4 0 9 ． 9 3 3 分析基 发分释放较迟而且不集中，对着火不利。一 般情况下，挥发分V d a f 一1 0 ％时，着火温度 约为5 3 0 ℃，燃尽温度约 6 5 O ℃。要求采取 稳燃措施。 2 含硫量和含氮量高，S o 2 、 N o 排放 浓度高， 要求采取脱硫、脱氮措施。 3 含灰量少，锅炉灰渣排放量少，锅 炉灰渣排放设备可简化，堆灰场地可缩小， 锅炉本体受热面磨损率小。 4 发热量高，Q 约在 3 0 ～ 3 5 M J ／ k g ， 燃烧温度高。 2 ． 4 结渣特性 表2 列出了广石化的石油焦灰组成和某 一 烟煤灰组成的比较。 表2 石油焦和煤的灰分组成及结渣特性比较 石油焦 煤 F e 2 0 3 5 ． 7 9 3 ． 3 O A l 2 0 3 2 7 ． 3 1 3 8 ． 9 1 S i 4 7 ． 6 9 4 9 ． 1 1 C s O 7 ． 5 l 3 ． 7 l M g o 1 ． 2 6 0 ． 3 O 0 ． 6 7 1 ． 7 2 K 2 O 1 ． 5 2 0 s O 3 7 ． 9 4 2 。 l 5 P 2 0 0 ． 1 3 T 2 ℃ 1 4 0 0 1 3 9 0 轻微 1 4 5 0 1 3 9 0 轻微 硅铝比S i0 2 ／ A l 2 0 3 1 ． 7 46 1 ． 8 7 轻微 1 ． 2 6 2 1 ． 8 7 轻微 酸碱比B ／ A 0 ． 2 1 0 ． 4 中等 0 ． 0 8 1 0 0 m m 理了堆焦场地， 建造了制浆厂，把炉龄达 1 0 年的2 1 3 0 t ／ h 燃油炉改造为燃浆炉。节 省大量的燃油费。有油炉改水焦浆炉的基 础，业主决定扩大成果， 扩建专烧水焦浆锅 炉。从此， 水焦浆作为一种锅炉燃料进入了 锅炉制造者和石化企业老总的视野。 4 ． 1 水焦浆生产工艺流程 、l 十粒径1 0 0 ra m 炼油厂贮焦池一制浆系统料仑一筛分一给料机一破碎机 将焦破碎至 2 m m以下一 搅拌机 加定量的水和药剂一磨机 进行高浓湿磨制浆一 过滤器一 泵送 至稳定剂搅拌罐，同时加入稳定剂药液一贮浆罐一供锅炉房。 4 ． 2 水焦浆产品特性 水焦浆产品特性是指若干物理特性，不 管原焦的组成而必须保证的品性 浓度、粘 度、粒度和稳定性等等。 1 重量浓度／ 重度 7 0 -／- 1 ％ ／一 1 ． 2； 2 表观粘度 1 0 0 0 m P a S 1 0 0 S ～， 2 0 ℃ 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 0 5 ． 2 1 5 3 浆体粒径及级配 9 0 ％ ，平均粒径 3 5 ta n ； 4 稳定期 可根据工程现场具体要求 调整。 水焦浆的浓度大小直接影响它的粘度、 流动性、 燃烧稳定性以及因含水分而增加的 汽化潜热损失。而石油焦本身的成浆性及级 配、粘度决定了浓度的大小。 粘度的大小直接影响浆的雾化质量及燃 烧质量， 粘度除与浆浓度有关外， 优质的添 加剂是至关重要的。 浆体粒径及级配和磨机研磨性能有关。 稳定期长短与添加剂的质量、数量有 关。 4 ． 3 水焦浆的化学组成 以 南方某炼油厂生产的水焦浆收到基为 例 C6 0 ． 9 9 ％ ；H3 ． 3 5 ％ ；O0 ． 8 9 ％ ； N1 ． 1 2 ％ ；S2 ． 3 5 ％ ；A0 ． 3 ％ ；W 3 1 ％ ；V1 1 ． 3 ％ ；Q 2 3 5 0 6 ． 6 k J ／ k g 5 6 2 3 ． 6 k c a l／ k g 。 从元素分析可知，水焦浆最大的优点是 灰分少， 不仅简化了出渣、除灰系统，还给 组织低挥发分、高水分的水焦浆的燃烧提供 了极大的方便， 免除了结渣带来的烦恼。 水焦浆组成中最麻烦的是含硫量高，要 确保排放达标，需要配置脱硫设备。其次是 含氮偏高，热值比水煤浆高约4 1 8 0 k J ／ k g ， 相对而言燃烧温度会高些，结合充足的氧 气，会释放出过多的N O x ，需要采取脱硝措 施。 4 ． 4 水焦浆在电站锅炉上应用的初步经验 水焦浆燃烧系统简单，操作方法类似于 水煤浆。在确信雾化良好配风合理的情况 下， 燃烧稳定，带负荷能力强，负荷调节灵 敏度高， 几乎没有大渣落下。出渣方式大为 简化。浆枪喷咀磨损较水煤浆轻。对流受热 面积灰比油炉要轻，微量的飞灰也有一定的 自 清灰作用。由于含硫量高，尾部空气预热 器的积灰腐蚀不可避免，定期冲洗， 提高排 烟温度，采用耐腐蚀钢材，螺纹槽管结构等 都是延长运行周期切实可行的办法。 5 结语 综上所述，C F B锅炉具有脱硫和减少 N O x 排放的特点，选用它来燃烧石油焦无疑 是合理的。无论是纯烧或混烧，在中石化系 统已获得一定的业绩。采用掺烧方式可控制 含硫量，但给机组系统增加了复杂性。此 外，当纯烧高硫石油焦时，单靠炉内添加石 灰脱除燃料中的硫尚不足以达到苛刻的环保 要求。北京燕化2 3 1 0 t ／ h C F B锅炉单烧石 油焦不仅有炉内脱硫，还增加尾部烟气脱 硫， 使设备投资、运行成本大大增加。 水焦浆的问世源于市场的需要，燃烧机 理类似于煤粉，普通的煤粉炉膛就适合燃用 水焦浆。 供料系统、灰渣系统简单，脱硫设 备和普通含硫稍高的煤粉炉一样，按当地环 保要求决定是否需要配置。至于脱氮措施， 如果必须配置则可考虑采用再燃技术，炼油 厂常有作为副产品的炼油气， 成分主要是碳 氢化合物， 可作为再燃燃料。再燃燃料取之 方便，并且一举二得炼油气本身也要烧 掉，又为脱N O x 发挥作用。 水焦浆极低的含灰量， 给油炉、 小型煤 粉炉改造提供了极为有利的条件。 水焦浆问世不久，有无应用前景， 精明 的业主会作出比较、分析和判断。无论如 何，水焦浆在电站锅炉上应用的初步经验给 石油焦的燃烧方式提供了一种可供比较、 选 择的新路。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m