鍋爐啟動點火合成煤焦油代渣油的研究

鍋爐啟動點火合成煤焦油代渣油的研究

0試驗研究的基本內(nèi)容隨著石油價格的上漲，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嚴重問題。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)，鍋爐開始時沒有空氣，制粉系統(tǒng)投入緩慢，燃料時間長，鍋爐的油耗高于中儲式粉末系統(tǒng)。此外，原來使用的大型油槍霧臭較小，因為鍋爐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)”作為一個重要的課題，并組織了技術(shù)方面的重點研究。由于中國能源儲量中只有少數(shù)石油，焦油的價格比渣油低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比較煤炭殘渣和含礦渣的性質(zhì)試驗1.1.1溫度對煤焦油黏度的影響燃料油的流動性是一個重要參數(shù),直接關(guān)系到燃燒時的輸送和霧化.黏度的影響因素很多,其中主要是油的成分和溫度.實驗證明,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比,曲線1和曲線3為20號渣油和200號渣油的黏度曲線,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很大,但到100℃時黏度與20號渣油基本相同.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)和著火特性等也對燃燒情況有很大的影響.因此,對渣油和煤焦油的各種主要特性參數(shù)進行測試,結(jié)果見第68頁表1.從表1可看出,煤焦油的密度和自燃點都較渣油高一些,發(fā)熱量較渣油低.但從總體的實驗結(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)實驗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在實驗中，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,進行了大量的試驗研究,最后決定將煤焦油進行乳化,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,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,同時加劇了局部的擾動,有利于燃燒的進行.而且在高溫下水蒸氣和碳元素會發(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會形成燃燒反應(yīng)的活性核心,進一步促進燃燒的深入.通過實驗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基本相同.合成煤焦油中加入水的量有一定的要求,太多對燃燒會產(chǎn)生負面的影響,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,在小型鍋爐上進行試燒,觀察其燃燒情況,發(fā)現(xiàn)加入的水量在12%左右時燃燒情況最為良好.當(dāng)煤焦油的種類變化時,與燃燒有關(guān)的性質(zhì)也會變化,加入的最佳水量也應(yīng)該有所變化,其變化量由試驗而定;此外,煤焦油中的水一定要分散成細小的液滴,與煤焦油均勻混合成乳化液,否則會對燃燒產(chǎn)生不利的影響.1.2.2降黏劑的篩選乳化液的質(zhì)量與制備時的混合強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形成一個保護層,使水滴分布在油中的勢能降低,還能使油中小水滴相互結(jié)合的難度增大,從而增強了乳化液的穩(wěn)定性.試驗測得,乳化效果好的降黏劑其穩(wěn)定性也較好.對效果好的降黏劑作進一步的試驗,對其進行復(fù)配.通過大量的試驗,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表明,煤焦油合成后的性質(zhì)會發(fā)生一些變化,凝固點有所提高,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220℃下降到80℃達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,低溫時的黏度有很大的變化,但當(dāng)溫度較高時,煤焦油摻水乳化后黏度變化不大,對燃燒時的霧化不會有大的影響.2在工業(yè)試驗中，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,在中國煙臺龍源公司試驗鍋爐上進行試燒試驗.在試驗爐上燃燒穩(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研究2.2.1混合后試燒程度上述實驗研究結(jié)果認為,合成煤焦油可以用于鍋爐點火用油.2003年于6月,在通遼發(fā)電總廠燃燒褐煤的670t/h的鍋爐上進行試燒試驗,并從安全角度出發(fā),采用合成煤焦油與渣油按照1∶1的比例進行混合后試燒.鍋爐啟動時,渣油與合成煤焦油混合后,油槍投入運行正常,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)測試恩氏黏度達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到80℃,有效降低了加熱蒸汽耗量.經(jīng)過4臺鍋爐共計6臺次啟動試驗,油槍霧化燃燒良好,每次鍋爐啟動減少用油約5t.2.2.2可實現(xiàn)多低負荷,降低燃油壓力和溫度,并可改變?nèi)加蜏囟?004年3月,由于市場上渣油出現(xiàn)明顯漲價和嚴重供不應(yīng)求的局面,煉油廠對渣油進行了深加工,市場上很難買到渣油.所以進行全部采用合成煤焦油,該油進入燃油系統(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、價格高的問題,節(jié)省了蒸汽加熱的汽耗量,同時每次啟動還減少了5t耗油量.2.3系統(tǒng)噴蒸法系統(tǒng)大比低低時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),使鍋爐每次啟動可節(jié)約5t油,但啟動一次仍需要耗油量33t左右,因此從設(shè)備和運行兩方面進行節(jié)油試驗研究.1對鍋爐進行了調(diào)整為了進一步節(jié)油,2004年4月,對通遼發(fā)電總廠4臺燃燒褐煤的風(fēng)扇磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐所有油槍的霧化片全部進行了更換,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)化鍋爐啟動運行方式奠定了基礎(chǔ).2鍋爐冷態(tài)啟動油氣動力變化對燃燒器的投入運行方式進行了優(yōu)化組合,大膽嘗試了小油槍多點點火,提前投入制粉系統(tǒng)減少投油量的節(jié)油運行方案.具體運行方法如下:(1)首先采用同時或依次投入對角的兩只小油槍來進行點火,由于對角投入油槍使?fàn)t膛內(nèi)溫度場分布相對均勻,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)鍋爐點火30min左右,可再投入任一只備用油槍,繼續(xù)進行升溫升壓.(3)當(dāng)再熱器冷段前煙氣溫度達到180℃～200℃時,選擇啟動一套已投入油槍的制粉系統(tǒng),待磨煤機出口溫度達到60℃～70℃時,逐漸加煤進行升溫升壓,就地觀察,爐膛內(nèi)煤粉燃燒工況比較穩(wěn)定.(4)當(dāng)機組并網(wǎng),負荷達到20MW左右、磨煤機出力加至30%～40%額定出力時,如果繼續(xù)增加該磨煤機出力,由于爐膛出口溫度低,造成磨煤機出口溫度低于60℃,煤粉燃燒不好,此時為了滿足升溫升壓帶負荷的需要,必須啟動對角的另一套制粉系統(tǒng),根據(jù)升溫升壓需要調(diào)整運行中兩套制粉系統(tǒng)的出力.(5)負荷達50MW左右時,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)機組負荷升到70MW時,再啟動一套制粉系統(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)機組負荷加至100MW,解列助燃的最后一只油槍,鍋爐啟動燃油結(jié)束.這樣鍋爐經(jīng)過冷態(tài)啟動一次,共需耗油20t左右,大大減少了啟動用油量,成功地實現(xiàn)了風(fēng)扇磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)的小油點火.下面列出了1號鍋爐采用小油點火冷態(tài)啟動節(jié)油運行的實例.鍋爐冷態(tài)啟動曲線見圖3和圖4.由圖3和圖4可以得出以下結(jié)論:1)啟動過程中升溫升壓曲線平穩(wěn),投入磨煤機利用變頻給煤機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)啟動用油約18.7t,比沒有改造前燃燒渣油時一次啟動減少耗油量約20t左右,可見節(jié)油效果非常好,啟動用油量為原來的50%左右,運行的安全、穩(wěn)定性也有了較大的提高.全年4臺鍋爐啟動按25次計算,每年節(jié)約燃油費用110萬元左右