石油焦(petroleum coke)是原油經(jīng)蒸餾將輕重質(zhì)油分離后，重質(zhì)油再經(jīng)熱裂解轉(zhuǎn)化而成的產(chǎn)物。石油焦主要元素組成是碳，其余元素為氫、氧、氮、硫和金屬等。石油焦中硫的含量決定了石油焦的最終用途。硫含量不大于2%的石油焦通常用于生產(chǎn)電極；一些硫含量在2%～3%之間的石油焦可與低硫煤混合，亦用于生產(chǎn)電極；硫含量在2%～5%之間的石油焦通常被認(rèn)為是燃料級的石油焦。有研究表明，以年產(chǎn)85萬t的水泥廠為例，燃用50%煤+50%石油焦比燃用純煤每年可節(jié)省18.6%的燃料費(fèi)，處理混合燃料所需的投資約一年就可以回收。然而，燃用高硫石油焦會生成大量的S02，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染；此外，石油焦屬準(zhǔn)難燃燃料，著火溫度高，燃盡時(shí)間長，增加了其作為燃料利用的難度。采用污染物排放水平低、燃燒效率高的循環(huán)流化床技術(shù)燃用石油焦是高硫石油焦燃燒利用的理想方式。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    王文選等在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的循環(huán)流化床裝置上進(jìn)行了煤焦混燒的試驗(yàn)研究，認(rèn)為燃燒純焦難以組織合理的爐內(nèi)溫度場，煤焦比由1:1變?yōu)?:1時(shí)．爐內(nèi)溫度場趨于均勻。本文對額定蒸發(fā)量為410 t/h的超高壓循環(huán)流化床鍋爐燃用煤焦混合物進(jìn)行了鍋爐性能測試，整理得到了包括鍋爐效率、運(yùn)行參數(shù)、污染物排放在內(nèi)的一系列規(guī)律性結(jié)果。本文的工作對我國燃用煤／石油焦混合燃料的循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有借鑒意義。
1、鍋爐結(jié)構(gòu)性能簡介
1.1鍋爐的主要參數(shù)
    鍋爐的主要性能設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。
1.2鍋爐的總體結(jié)構(gòu)簡介
  該型鍋爐是美國生產(chǎn)的第三代循環(huán)流化床鍋爐，采用八面水冷耐火材料襯里的緊湊型旋風(fēng)分離器，爐內(nèi)布置膜式水冷壁，床底布風(fēng)板上裝有箭頭形風(fēng)帽。燃料分四路經(jīng)稱重式給煤機(jī)由前墻加入爐膛：破碎后的脫硫劑由石灰石粉倉經(jīng)兩級倉泵，采取氣力輸送方式分四路分別送至鍋爐前、后墻；鍋爐配兩臺風(fēng)水聯(lián)合冷渣器，爐渣中的細(xì)灰隨冷渣風(fēng)返回爐膛；空預(yù)器下灰斗和靜電除塵器Nol電場捕集的飛灰采用氣力輸送方式由前墻送回爐內(nèi)；鍋爐旋風(fēng)分離器出口的煙氣依次經(jīng)過裝有末級過熱器、一級過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器的尾部豎井煙道和靜電除塵器由煙囪排放。鍋爐流程如圖1所示。
2、燃料及脫硫劑分析
    試驗(yàn)用燃料為煙煤和石油焦，燃料元素分析和工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表2。表3和表4分別為試驗(yàn)用脫硫劑（石灰石）的成分特性和粒度分析。石灰石中Ca0粒徑很細(xì)，主要集中在5～20um，中位粒徑為14.13um;用氮吸附儀測得其比表面積為0.378m2/g。
3、鍋爐熱效率測定
    鍋爐效率采用美國機(jī)械工程師協(xié)會(ASME)鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程推薦的能量平衡法進(jìn)行測試計(jì)算。測試前，對冷渣器排渣量和石灰石給粉量分別進(jìn)行了標(biāo)定，結(jié)果如圖2、圖3所示。由圖可知，石灰石給粉量和石灰石旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)速基本呈線性關(guān)系；左、右兩側(cè)冷渣器排渣量和冷渣器旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)速也基本呈線性關(guān)系。實(shí)際測試過程中，可通過記錄其旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)速來推算給粉量和排渣量。
    在空氣預(yù)熱器出口煙道采取網(wǎng)格法用飛灰等速取樣系統(tǒng)進(jìn)行飛灰取樣，取樣系統(tǒng)流程如圖4所示。該系統(tǒng)用真空泵從煙道中抽氣，通過改變調(diào)節(jié)閥的開度控制浮子流量計(jì)的讀數(shù)保證取樣管口的抽氣速度和鍋爐尾部煙道中的煙氣流速相等。粒徑較大的飛灰經(jīng)旋風(fēng)子分離直接落至收塵器內(nèi)，未被分離的細(xì)灰收集在后面的濾筒里，和收塵器內(nèi)的飛灰混合后一起化驗(yàn)分析。Test0350XL型煙氣分析儀用于在線分析空氣預(yù)熱器出口煙道內(nèi)煙氣中02、C02、S02、NO、N20、CO等6種煙氣成分。額定負(fù)荷工況下鍋爐熱效率的測試結(jié)果見表5。
4、鍋爐運(yùn)行
4.1溫度
    由圖5可見，以煤和石油焦混合物為燃料，爐內(nèi)密相區(qū)溫度分布均勻，最低為814.1℃，最高為876.7℃，平均溫度為850.1℃。前墻溫度比后墻低，因?yàn)槿剂嫌汕皦�加入，在前墻未及充分燃燒，熱量還未完全釋放。03、04測點(diǎn)靠近二次風(fēng)入口，故溫度較測點(diǎn)01、02、05、06處為低。圖6為該運(yùn)行工況下平均床溫、分離器入口溫度、空預(yù)器出口煙溫和排渣溫度分別為850℃、860℃、140℃和110℃左右，隨時(shí)間變化波動(dòng)很小，說明燃用煤和石油焦混合物燃燒相當(dāng)穩(wěn)定，易于控制。
4.2汽水系統(tǒng)
    由于鍋爐運(yùn)行溫度穩(wěn)定，鍋爐的汽水流量也相對穩(wěn)定，見圖7。運(yùn)行證明，燃用煤和石油焦混合物，燃料成分波動(dòng)小，加料和排渣穩(wěn)定，鍋爐汽水參數(shù)的穩(wěn)定性良好。
4,3污染物排放
    尾部各煙氣組分濃度隨時(shí)間的變化如圖8所示，02的濃度為2.5%—3%，保持在一個(gè)較低的水平，說明過量空氣系數(shù)比較小，排煙損失也相對減小。CO排放濃度在(60～90)xl0-6之間，說明爐內(nèi)的燃燒組織合理，狀況穩(wěn)定，燃料燃燒效率很高。NO的排放濃度在(50—90)xl04之間，較煤粉爐排放濃度低得多，這是因?yàn)檠�環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行溫度低，熱力型NO的形成速率很低．分級燃燒大大抑制了NO的生成。S02排放濃度也很低，在(150—450) xl0_6之間，在鈣硫物質(zhì)的量比為2.47時(shí)脫硫效率高達(dá)95%以上，說明在煤焦混燒循環(huán)流化床中加入合適鈣硫物質(zhì)的量比的石灰石可以將S02排放控制在一個(gè)較低的水平。但S02的排放濃度存在一定的波動(dòng)，究其原因如下：①混合燃料的配比有波動(dòng)，入爐燃料硫含量不穩(wěn)定：②石灰石給料不穩(wěn)定，在輸送過程中出現(xiàn)架橋現(xiàn)象等。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
4.4灰渣含碳量
  該鍋爐的底渣含碳量為0.23%，飛灰含碳量為6.77%，維持在一個(gè)較低的水平上，碳轉(zhuǎn)化率很高。鍋爐運(yùn)行過程中過量空氣系數(shù)較低，碳轉(zhuǎn)化率高是因?yàn)槔湓�器裝有細(xì)灰選擇回吹室，可將底渣中較細(xì)的灰吹回爐膛重復(fù)燃燒；靜電除塵器Nol電場裝有飛灰再循環(huán)系統(tǒng)，將飛灰送回鍋爐前墻燃燒。尾部飛灰回燃系統(tǒng)的成功運(yùn)行為解決我國循環(huán)流化床鍋爐飛灰含碳量較高問題提供了很好的借鑒意義。
5、結(jié)論
  ①循環(huán)流化床鍋爐燃用煤焦混合物，在額定負(fù)荷下，鍋爐熱效率可達(dá)92.8%；
   ②以煤焦混合物為燃料，爐內(nèi)密相區(qū)溫度分布均勻；床溫、分離器入口溫度、空預(yù)器出口煙溫和排渣溫度等各溫度穩(wěn)定；
   ③燃用煤焦混合物，鍋爐主蒸汽流量、給水流量、減溫水流量穩(wěn)定；
   ④燃用煤焦混合物，在鈣硫物質(zhì)的量比為2.47時(shí)，S02排放濃度在(150—450)xl0-6，脫硫效率達(dá)95%以上；CO、NO排放也維持在較低水平。
  ⑤以煤焦混合物為燃料，采用尾部飛灰再循環(huán)技術(shù)，鍋爐飛灰含碳量可維持在較低水平。