浅析大型油页岩半焦循环流化床锅炉工程应用
最后更新时间：2024-02-16
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论文导读：（1）锅炉的磨损与固体物料浓度、速度、颗粒特性和流道几何形状等密切相关。除了常规的水冷壁敷设防磨层外，可以制约其炉内物料浓度，选用低的循环倍率，并在分离器下部设置放料阀，制约尾部烟道的烟气流速，取8～10m/s。（2）为确保循环流化床锅炉效率及燃烧稳定，可以将较低发热量半焦与其他高热值燃料混烧，保证锅炉燃料发热量要
摘要 通过分析目前油页岩半焦燃烧技术的发展，针对龙口矿区油页岩半焦循环流化床锅炉，论述其锅炉设计中的理由及解决措施。
关键词：油页岩 半焦 循环流化床锅炉 低热值
1 前言
油页岩半焦是油母热分解生成的固定碳残留在油页岩矿物质内形成碳质残渣，是油页岩干馏过程中产生的主要副产品。龙口矿区炼油副产品半焦每年有上百万吨的产量，不仅占用大量土地储存而且异味较大，长期存放对周边环境也构成污染。半焦的利用成为目前迫在眉睫的事情。
半焦具有灰分高、发热量低、水分高等特点。半焦燃烧技术是目前半焦利用的一种途径。可以利用矿区已有的热电项目实现半焦燃烧，将热能转化为电能。既能节约原煤，又能消耗掉半焦，减轻环境污染。
龙口矿区年产半焦90万吨，半焦的低位发热量为1000 kcal/kg。若发电标煤耗按400g/kwh，年设备利用小时数按6000计算，要消耗掉所有的半焦需要装机约53MW，需要1台240t/h或2台130t/h高温高压锅炉。但是由于油页岩产地的局限性和油页岩炼油企业的减少，半焦燃烧技术发展受到限制，目前国内以油页岩掺烧半焦为燃料的最大炉型为65t/h中温次高压循环流化床锅炉，由原东北电力大学姜秀民教授设计，自贡东方锅炉厂生产，使用地点为桦甸成大电厂。
随着炼油技术的不断提高，半焦的发热量越来越低，对半焦循环流化床锅炉的大型化应用带来很大困难。
2 油页岩半焦成分分析
龙口矿区油页岩半焦成分分析及灰分特性见表2-1，表2-2。
3油页岩半焦循环流化床锅炉设计中的理由
从表2-1中可以看出油页岩半焦为一种高灰分、高水分、低热值的劣质燃料。针对龙口矿区油页岩半焦的特性，循环流化床锅炉设计中应注意以下：
（1）灰分高、受热面磨损严重、积灰严重
循环流化床的最大特点就是燃料在炉内通过物料循环系统循环反复燃烧，使燃料颗粒在炉内滞留时间大大增加，直至燃烬。从表2-1中可以看出，油页岩半焦的灰分高达60%。当油页岩半焦循环流化床锅炉与燃烧其它煤种的循环流化床锅炉循环倍率相同时，油页岩半焦产生的灰量要远大于燃煤锅炉，使得油页岩循环流化床锅炉受热面磨损较其它煤种严重，且灰渣处理理由也很严重。
灰分多，也会造成炉膛温度下降，使燃烧不稳定。
（2）发热量低，受热面增加
龙口矿区的油页岩半焦发热量大约为1000kcal/kg，与常规燃料比，在相同锅炉额定参数下，投入到炉膛中的油页岩半焦耗量要远高于无烟煤、烟煤等具有高发热量的化石燃料。并且灰分高，同循环倍率下，循环灰量大，锅炉受热面将远大于同容量的燃煤锅炉。
（3）灰软化温度低，易结焦
油页岩半焦灰分软化温度ST为1140℃，软化温度低，结渣可能性增大。若锅炉运转氧量偏低，炉内还原性气氛较强，燃料的灰熔点还要下降，锅炉就更容易结焦。
（4）水分高，给料易堵塞
半焦的外在水分较高，且半焦本身有一定的粘性，给料口易堵塞。水分高，燃烧中吸热，将降低炉膛温度，热损失增大。
4 解决措施
（1）锅炉的磨损与固体物料浓度、速度、颗粒特性和流道几何形状等密切相关。除了常规的水冷壁敷设防磨层外，可以制约其炉内物料浓度，选用低的循环倍率，并在分离器下部设置放料阀，制约尾部烟道的烟气流速，取8～10m/s。
（2）为确保循环流化床锅炉效率及燃烧稳定，可以将较低发热量半焦与其他高热值燃料混烧，保证锅炉燃料发热量要大于1000kcal/kg。
（3）选择较大的过量空气系数，较好的设置一二次风位置及配风比例，提高锅炉运转氧量，保证空气和燃料的良好混合，避开炉内局部出现还原性气氛。加强炉内吹灰工作，特别是重点区域要增加吹灰次数。防止局部严重积灰、结焦。
（4）在燃料输送过程采用干燥装置对半焦进行预处理，降低半焦水分使其制约在10%以下。锅炉给料口处设置高温高速播料风，减少给料口的堵塞率，并防止高温烟气反窜。
5 结论
针对龙口矿区油页岩半焦特性，可以选择低循环倍率、低流化风速、1：1配风比、较高过量空气系数的130t/h循环流化床锅炉。虽然理论上可以实现大型半焦循环流化床锅炉制造，但是对锅炉效率、受热面磨损程度等运转参数方面还没有相关的实际应用数据及经验。特别是油页岩半焦的成分及燃烧特性还需深入研究。对于油页岩循环流化床锅炉不能简单地放大化，还需从造价、运转寿命、运转经济性等方面分析大型油页岩半焦循环流化床锅炉的工程应用性。
参考文献
[1] 韩向新. 油页岩半焦燃烧机理与循环流化床燃烧利用[D].上海：上海交通大学，2007：1-114.
[2] 张磊. 油页岩半焦循环流化床锅炉的研究与结构设计[D].上海：上海交通大学，2013：1-122.
[3] 刘静宇. 桦甸油页岩半焦循环流化床燃烧特性研究[D].吉林：东北电力大学，2006：1-77.
[4]柏静儒，豆海强，孙佰仲等. 油页岩及半焦混合燃烧的燃尽特性[J]. 动力工程，200
[9] 姜秀民，孙东红，闫澈等. 65t/h示范性油页岩循环流化床电厂锅炉运转实践[J]. 中国电机工程学报，2001.2：70-74. 全文地址：www.7ctime.com/ltlxlw/lw21659.html上一论文：谈述大型沼气工程安全管理理由
摘要 通过分析目前油页岩半焦燃烧技术的发展，针对龙口矿区油页岩半焦循环流化床锅炉，论述其锅炉设计中的理由及解决措施。
关键词：油页岩 半焦 循环流化床锅炉 低热值
1 前言
油页岩半焦是油母热分解生成的固定碳残留在油页岩矿物质内形成碳质残渣，是油页岩干馏过程中产生的主要副产品。龙口矿区炼油副产品半焦每年有上百万吨的产量，不仅占用大量土地储存而且异味较大，长期存放对周边环境也构成污染。半焦的利用成为目前迫在眉睫的事情。
半焦具有灰分高、发热量低、水分高等特点。半焦燃烧技术是目前半焦利用的一种途径。可以利用矿区已有的热电项目实现半焦燃烧，将热能转化为电能。既能节约原煤，又能消耗掉半焦，减轻环境污染。
龙口矿区年产半焦90万吨，半焦的低位发热量为1000 kcal/kg。若发电标煤耗按400g/kwh，年设备利用小时数按6000计算，要消耗掉所有的半焦需要装机约53MW，需要1台240t/h或2台130t/h高温高压锅炉。但是由于油页岩产地的局限性和油页岩炼油企业的减少，半焦燃烧技术发展受到限制，目前国内以油页岩掺烧半焦为燃料的最大炉型为65t/h中温次高压循环流化床锅炉，由原东北电力大学姜秀民教授设计，自贡东方锅炉厂生产，使用地点为桦甸成大电厂。
随着炼油技术的不断提高，半焦的发热量越来越低，对半焦循环流化床锅炉的大型化应用带来很大困难。
2 油页岩半焦成分分析
龙口矿区油页岩半焦成分分析及灰分特性见表2-1，表2-2。
3油页岩半焦循环流化床锅炉设计中的理由
从表2-1中可以看出油页岩半焦为一种高灰分、高水分、低热值的劣质燃料。针对龙口矿区油页岩半焦的特性，循环流化床锅炉设计中应注意以下：
（1）灰分高、受热面磨损严重、积灰严重
循环流化床的最大特点就是燃料在炉内通过物料循环系统循环反复燃烧，使燃料颗粒在炉内滞留时间大大增加，直至燃烬。从表2-1中可以看出，油页岩半焦的灰分高达60%。当油页岩半焦循环流化床锅炉与燃烧其它煤种的循环流化床锅炉循环倍率相同时，油页岩半焦产生的灰量要远大于燃煤锅炉，使得油页岩循环流化床锅炉受热面磨损较其它煤种严重，且灰渣处理理由也很严重。
灰分多，也会造成炉膛温度下降，使燃烧不稳定。
（2）发热量低，受热面增加
龙口矿区的油页岩半焦发热量大约为1000kcal/kg，与常规燃料比，在相同锅炉额定参数下，投入到炉膛中的油页岩半焦耗量要远高于无烟煤、烟煤等具有高发热量的化石燃料。并且灰分高，同循环倍率下，循环灰量大，锅炉受热面将远大于同容量的燃煤锅炉。
（3）灰软化温度低，易结焦
油页岩半焦灰分软化温度ST为1140℃，软化温度低，结渣可能性增大。若锅炉运转氧量偏低，炉内还原性气氛较强，燃料的灰熔点还要下降，锅炉就更容易结焦。
（4）水分高，给料易堵塞
半焦的外在水分较高，且半焦本身有一定的粘性，给料口易堵塞。水分高，燃烧中吸热，将降低炉膛温度，热损失增大。
4 解决措施
（1）锅炉的磨损与固体物料浓度、速度、颗粒特性和流道几何形状等密切相关。除了常规的水冷壁敷设防磨层外，可以制约其炉内物料浓度，选用低的循环倍率，并在分离器下部设置放料阀，制约尾部烟道的烟气流速，取8～10m/s。
（2）为确保循环流化床锅炉效率及燃烧稳定，可以将较低发热量半焦与其他高热值燃料混烧，保证锅炉燃料发热量要大于1000kcal/kg。
（3）选择较大的过量空气系数，较好的设置一二次风位置及配风比例，提高锅炉运转氧量，保证空气和燃料的良好混合，避开炉内局部出现还原性气氛。加强炉内吹灰工作，特别是重点区域要增加吹灰次数。防止局部严重积灰、结焦。
（4）在燃料输送过程采用干燥装置对半焦进行预处理，降低半焦水分使其制约在10%以下。锅炉给料口处设置高温高速播料风，减少给料口的堵塞率，并防止高温烟气反窜。
5 结论
针对龙口矿区油页岩半焦特性，可以选择低循环倍率、低流化风速、1：1配风比、较高过量空气系数的130t/h循环流化床锅炉。虽然理论上可以实现大型半焦循环流化床锅炉制造，但是对锅炉效率、受热面磨损程度等运转参数方面还没有相关的实际应用数据及经验。特别是油页岩半焦的成分及燃烧特性还需深入研究。对于油页岩循环流化床锅炉不能简单地放大化，还需从造价、运转寿命、运转经济性等方面分析大型油页岩半焦循环流化床锅炉的工程应用性。
参考文献
[1] 韩向新. 油页岩半焦燃烧机理与循环流化床燃烧利用[D].上海：上海交通大学，2007：1-114.
[2] 张磊. 油页岩半焦循环流化床锅炉的研究与结构设计[D].上海：上海交通大学，2013：1-122.
[3] 刘静宇. 桦甸油页岩半焦循环流化床燃烧特性研究[D].吉林：东北电力大学，2006：1-77.
[4]柏静儒，豆海强，孙佰仲等. 油页岩及半焦混合燃烧的燃尽特性[J]. 动力工程，200
7.5： 815-819.
[5] 杨义波，司存才，阮涛.130t/h循环流化床锅炉结焦机理及特性分析[J]. 锅炉制造，2003.11（4）：41-4
[6] 韩向新，姜秀民，刘德昌等. 油页岩循环流化床锅炉大型化的研究[J].中国电力，2003.36（1）：20-2
[7] 姜秀民， 孙 健，王擎等. 油页岩循环流化床锅炉设计中的几个理由[J]. 动力工程，1993.13（6）： 33-37.
[8] 刘柏谦. 大型油页岩循环流化床锅炉设计的几个理由[J]. 锅炉技术，1998.10：11-14.[9] 姜秀民，孙东红，闫澈等. 65t/h示范性油页岩循环流化床电厂锅炉运转实践[J]. 中国电机工程学报，2001.2：70-74. 全文地址：www.7ctime.com/ltlxlw/lw21659.html上一论文：谈述大型沼气工程安全管理理由