鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火合成煤焦油代渣油的研究

鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火合成煤焦油代渣油的研究

0試驗(yàn)研究的基本內(nèi)容隨著石油價(jià)格的上漲，石油副產(chǎn)品被深度加工，這意味著燃料電廠的助油能力消失，這是當(dāng)前燃料電廠面臨的一個(gè)嚴(yán)重問題。這一問題引起了屯昌醫(yī)院的高度關(guān)注。由于采用了直接夾桶式紙漿泵系統(tǒng)，鍋爐開始時(shí)沒有空氣，制粉系統(tǒng)投入緩慢，燃料時(shí)間長(zhǎng)，鍋爐的油耗高于中儲(chǔ)式粉末系統(tǒng)。此外，原來使用的大型油槍霧臭較小，因?yàn)殄仩t的初始消耗能耗很大，這直接影響了發(fā)電的成本。因此，2003年，該裝置將“200mww風(fēng)扇磨坊油管理系統(tǒng)”作為一個(gè)重要的課題，并組織了技術(shù)方面的重點(diǎn)研究。由于中國(guó)能源儲(chǔ)量中只有少數(shù)石油，焦油的價(jià)格比渣油低30%-40%。因此，選擇使用合成焦油代替焦油作為鍋爐的燃料，不僅解決了焦油源不足的問題，還實(shí)現(xiàn)了節(jié)約能源和降低發(fā)電成本的目標(biāo)。1研究表明，焦油作為鍋爐燃料1.1比較煤炭殘?jiān)秃V渣的性質(zhì)試驗(yàn)1.1.1溫度對(duì)煤焦油黏度的影響燃料油的流動(dòng)性是一個(gè)重要參數(shù),直接關(guān)系到燃燒時(shí)的輸送和霧化.黏度的影響因素很多,其中主要是油的成分和溫度.實(shí)驗(yàn)證明,煤焦油的黏度隨溫度的變化比渣油更加顯著,圖1為煤焦油的黏度與渣油的黏度對(duì)比,曲線1和曲線3為20號(hào)渣油和200號(hào)渣油的黏度曲線,曲線2為某焦化廠生產(chǎn)的中溫煤焦油的黏度曲線.由圖1可以看出,煤焦油的黏度在渣油黏度范圍內(nèi),煤焦油的黏度在溫度較低時(shí)很大,但到100℃時(shí)黏度與20號(hào)渣油基本相同.1.1.2煤焦油和煤焦油的主要特性特性除黏度外,燃料油的物理性質(zhì)、傳熱性質(zhì)和著火特性等也對(duì)燃燒情況有很大的影響.因此,對(duì)渣油和煤焦油的各種主要特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見第68頁(yè)表1.從表1可看出,煤焦油的密度和自燃點(diǎn)都較渣油高一些,發(fā)熱量較渣油低.但從總體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,煤焦油經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砜梢源嬖?另外,煤焦油的含硫量很低,一般為0.5%左右,燃燒后SO2排放量比重油低.1.1.3渣油和焦油的光學(xué)組織結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)將渣油與煤焦油在偏光顯微鏡下觀察光學(xué)組織,結(jié)構(gòu)差異不大.1.2在實(shí)驗(yàn)中，降低焦油粘度1.2.1乳化與燃燒方法煤焦油的含碳量為90%左右,比渣油高,含氫量為6%左右,比渣油低,含硫量也低于渣油.煤焦油如果不進(jìn)行乳化就燃燒,由于黏度大,燃燒效率低,易產(chǎn)生炭黑,使燃燒不完全并產(chǎn)生大量的煙塵,而且煤焦油中主要是芳香族等環(huán)狀結(jié)構(gòu)化合物,較難充分燃燒.為解決煤焦油在燃燒中存在的上述問題,降低煤焦油的黏度,進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究,最后決定將煤焦油進(jìn)行乳化,主要是通過在煤焦油中加入適量的水和添加劑(下稱降黏劑)方法制得油包水型煤焦油的乳化液(下簡(jiǎn)稱為合成煤焦油),合成煤焦油可以通過油槍霧化,在著火燃燒時(shí),油滴的溫度快速上升,油滴內(nèi)的水沸騰,產(chǎn)生的水蒸氣體積劇烈膨脹,油爆裂成更小的微粒,使油滴產(chǎn)生二次霧化,同時(shí)加劇了局部的擾動(dòng),有利于燃燒的進(jìn)行.而且在高溫下水蒸氣和碳元素會(huì)發(fā)生氣化反應(yīng):C+H2O=CO+H2該燃燒過程不但能消耗產(chǎn)生的炭黑,而且產(chǎn)生的H2會(huì)形成燃燒反應(yīng)的活性核心,進(jìn)一步促進(jìn)燃燒的深入.通過實(shí)驗(yàn)證明了合成煤焦油的燃燒情況良好,在燃油鍋爐上使用與燃用渣油時(shí)基本相同.合成煤焦油中加入水的量有一定的要求,太多對(duì)燃燒會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響,太少效果不大.為了研究加入的水量與燃燒的關(guān)系,對(duì)加入的水量從6%到18%按3%遞增制備了5種不同摻水量的合成煤焦油樣品,在小型鍋爐上進(jìn)行試燒,觀察其燃燒情況,發(fā)現(xiàn)加入的水量在12%左右時(shí)燃燒情況最為良好.當(dāng)煤焦油的種類變化時(shí),與燃燒有關(guān)的性質(zhì)也會(huì)變化,加入的最佳水量也應(yīng)該有所變化,其變化量由試驗(yàn)而定;此外,煤焦油中的水一定要分散成細(xì)小的液滴,與煤焦油均勻混合成乳化液,否則會(huì)對(duì)燃燒產(chǎn)生不利的影響.1.2.2降黏劑的篩選乳化液的質(zhì)量與制備時(shí)的混合強(qiáng)度和加入的降黏劑有關(guān).選擇適當(dāng)?shù)慕叼┎坏苋〉幂^好的乳化效果和穩(wěn)定性,還能降低制備時(shí)的能耗.降黏劑的主要作用是改變油水兩相的表面特性和降解煤焦油黏度.其主要原理是降黏劑在油水兩相的分子界面會(huì)形成一個(gè)保護(hù)層,使水滴分布在油中的勢(shì)能降低,還能使油中小水滴相互結(jié)合的難度增大,從而增強(qiáng)了乳化液的穩(wěn)定性.試驗(yàn)測(cè)得,乳化效果好的降黏劑其穩(wěn)定性也較好.對(duì)效果好的降黏劑作進(jìn)一步的試驗(yàn),對(duì)其進(jìn)行復(fù)配.通過大量的試驗(yàn),選出了效果好、成本低、能在工業(yè)上應(yīng)用的煤焦油降黏劑.1.2.3煤焦油摻水乳化后黏度的變化試驗(yàn)表明,煤焦油合成后的性質(zhì)會(huì)發(fā)生一些變化,凝固點(diǎn)有所提高,比重減少,比熱增加,導(dǎo)熱系數(shù)增大.水的黏度比煤焦油小得多,混合后的燃油黏度將由原來的恩氏黏度100℃達(dá)220℃下降到80℃達(dá)5℃.但煤焦油摻水乳化后,由于出現(xiàn)了油水兩相,在兩相間會(huì)產(chǎn)生新的內(nèi)摩擦力,所以煤焦油合成后的黏度變化比較復(fù)雜,與煤焦油的成分、摻水量和降黏劑等有關(guān).同種中溫煤焦油和同種降黏劑情況下不同摻水量的黏度試驗(yàn)結(jié)果見圖2.由圖2可以看出,黏度隨水量的增加先增大再減小,低溫時(shí)的黏度有很大的變化,但當(dāng)溫度較高時(shí),煤焦油摻水乳化后黏度變化不大,對(duì)燃燒時(shí)的霧化不會(huì)有大的影響.2在工業(yè)試驗(yàn)中，用焦油代替含殘油的渣油2.1合成煤焦油的燃燒特性通過煤焦油與燃燒相關(guān)的主要物化性能研究,發(fā)現(xiàn)煤焦油在適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚砗笸耆梢杂糜谌加湾仩t或燃煤鍋爐點(diǎn)火用燃料.上述研究結(jié)果表明合成煤焦油的各種主要性質(zhì)與渣油相近,所以用合成煤焦油代替渣油用于燃煤鍋爐點(diǎn)火用油可以不用改造鍋爐燃燒器結(jié)構(gòu)及其附屬設(shè)備.為了研究合成煤焦油的燃燒特性,在中國(guó)煙臺(tái)龍?jiān)垂驹囼?yàn)鍋爐上進(jìn)行試燒試驗(yàn).在試驗(yàn)爐上燃燒穩(wěn)定,各種霧化原理的油槍均能良好霧化,完全能解決渣油存在的各種不利因素.2.2用焦油代替鍋爐的燃燒試驗(yàn)研究2.2.1混合后試燒程度上述實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果認(rèn)為,合成煤焦油可以用于鍋爐點(diǎn)火用油.2003年于6月,在通遼發(fā)電總廠燃燒褐煤的670t/h的鍋爐上進(jìn)行試燒試驗(yàn),并從安全角度出發(fā),采用合成煤焦油與渣油按照1∶1的比例進(jìn)行混合后試燒.鍋爐啟動(dòng)時(shí),渣油與合成煤焦油混合后,油槍投入運(yùn)行正常,逐漸將供油壓力由4.1MPa降至3.6MPa,供油溫度由130℃降至80℃,經(jīng)測(cè)試恩氏黏度達(dá)5。E.由于混合后油的黏度降低,供油系統(tǒng)蒸汽加熱汽源每天只需投入1h就能夠保證供油溫度達(dá)到80℃,有效降低了加熱蒸汽耗量.經(jīng)過4臺(tái)鍋爐共計(jì)6臺(tái)次啟動(dòng)試驗(yàn),油槍霧化燃燒良好,每次鍋爐啟動(dòng)減少用油約5t.2.2.2可實(shí)現(xiàn)多低負(fù)荷,降低燃油壓力和溫度,并可改變?nèi)加蜏囟?004年3月,由于市場(chǎng)上渣油出現(xiàn)明顯漲價(jià)和嚴(yán)重供不應(yīng)求的局面,煉油廠對(duì)渣油進(jìn)行了深加工,市場(chǎng)上很難買到渣油.所以進(jìn)行全部采用合成煤焦油,該油進(jìn)入燃油系統(tǒng)循環(huán)后,供油壓力由3.6MPa降至3.2MPa,而且可以全部停止蒸汽加熱系統(tǒng),供油溫度由80℃降至40℃,恩氏黏度小于6。E.同年4月～9月,通遼發(fā)電總廠4臺(tái)鍋爐共啟停10次,全部采用合成煤焦油,蒸汽加熱系統(tǒng)停止運(yùn)行,供油溫度40℃,油槍霧化燃燒效果良好,沒有出現(xiàn)任何不利于設(shè)備、人身安全的事件發(fā)生,取得了預(yù)期的效果,解決了渣油緊缺、價(jià)格高的問題,節(jié)省了蒸汽加熱的汽耗量,同時(shí)每次啟動(dòng)還減少了5t耗油量.2.3系統(tǒng)噴蒸法系統(tǒng)大比低低時(shí)耗油合成煤焦油替代渣油取得成功后,由于合成煤焦油黏度低于渣油,油霧化效果好,燃燒效率高,所以停止全部蒸汽加熱系統(tǒng),使鍋爐每次啟動(dòng)可節(jié)約5t油,但啟動(dòng)一次仍需要耗油量33t左右,因此從設(shè)備和運(yùn)行兩方面進(jìn)行節(jié)油試驗(yàn)研究.1對(duì)鍋爐進(jìn)行了調(diào)整為了進(jìn)一步節(jié)油,2004年4月,對(duì)通遼發(fā)電總廠4臺(tái)燃燒褐煤的風(fēng)扇磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐所有油槍的霧化片全部進(jìn)行了更換,由原來直徑為5mm改為2.6mm的霧化片,單只油槍出力由2500kg/h降至850kg/h,為節(jié)油和優(yōu)化鍋爐啟動(dòng)運(yùn)行方式奠定了基礎(chǔ).2鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)油氣動(dòng)力變化對(duì)燃燒器的投入運(yùn)行方式進(jìn)行了優(yōu)化組合,大膽嘗試了小油槍多點(diǎn)點(diǎn)火,提前投入制粉系統(tǒng)減少投油量的節(jié)油運(yùn)行方案.具體運(yùn)行方法如下:(1)首先采用同時(shí)或依次投入對(duì)角的兩只小油槍來進(jìn)行點(diǎn)火,由于對(duì)角投入油槍使?fàn)t膛內(nèi)溫度場(chǎng)分布相對(duì)均勻,水冷壁吸熱比較均勻,汽包壁溫差和升溫升壓速度能夠滿足規(guī)程要求.(2)鍋爐點(diǎn)火30min左右,可再投入任一只備用油槍,繼續(xù)進(jìn)行升溫升壓.(3)當(dāng)再熱器冷段前煙氣溫度達(dá)到180℃～200℃時(shí),選擇啟動(dòng)一套已投入油槍的制粉系統(tǒng),待磨煤機(jī)出口溫度達(dá)到60℃～70℃時(shí),逐漸加煤進(jìn)行升溫升壓,就地觀察,爐膛內(nèi)煤粉燃燒工況比較穩(wěn)定.(4)當(dāng)機(jī)組并網(wǎng),負(fù)荷達(dá)到20MW左右、磨煤機(jī)出力加至30%～40%額定出力時(shí),如果繼續(xù)增加該磨煤機(jī)出力,由于爐膛出口溫度低,造成磨煤機(jī)出口溫度低于60℃,煤粉燃燒不好,此時(shí)為了滿足升溫升壓帶負(fù)荷的需要,必須啟動(dòng)對(duì)角的另一套制粉系統(tǒng),根據(jù)升溫升壓需要調(diào)整運(yùn)行中兩套制粉系統(tǒng)的出力.(5)負(fù)荷達(dá)50MW左右時(shí),觀察爐膛內(nèi)煤粉燃燒情況較好,解列一只油槍,保持兩套制粉系統(tǒng)和兩只油槍繼續(xù)升溫升壓.(6)機(jī)組負(fù)荷升到70MW時(shí),再啟動(dòng)一套制粉系統(tǒng)升溫升壓,觀察爐膛內(nèi)燃燒情況更加良好,再解列一只油槍.(7)機(jī)組負(fù)荷加至100MW,解列助燃的最后一只油槍,鍋爐啟動(dòng)燃油結(jié)束.這樣鍋爐經(jīng)過冷態(tài)啟動(dòng)一次,共需耗油20t左右,大大減少了啟動(dòng)用油量,成功地實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)的小油點(diǎn)火.下面列出了1號(hào)鍋爐采用小油點(diǎn)火冷態(tài)啟動(dòng)節(jié)油運(yùn)行的實(shí)例.鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)曲線見圖3和圖4.由圖3和圖4可以得出以下結(jié)論:1)啟動(dòng)過程中升溫升壓曲線平穩(wěn),投入磨煤機(jī)利用變頻給煤機(jī)較好地控制了升溫升壓速度;2)各受熱面壁溫均在規(guī)定范圍內(nèi);3)鍋爐一次冷態(tài)啟動(dòng)用油約18.7t,比沒有改造前燃燒渣油時(shí)一次啟動(dòng)減少耗油量約20t左右,可見節(jié)油效果非常好,啟動(dòng)用油量為原來的50%左右,運(yùn)行的安全、穩(wěn)定性也有了較大的提高.全年4臺(tái)鍋爐啟動(dòng)按25次計(jì)算,每年節(jié)約燃油費(fèi)用110萬元左右