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2013年茂名石化2000万吨/年油品升级改造建成投产后,石油焦年产量达104万吨/年。根据石油焦性质,高硫石油焦主导出路是锅炉燃料,但是高硫焦市场销路不稳定,较难找到合适的固定用户。而社会一些小冶炼厂、土窑炉由于其燃烧设备简陋,没有任何脱硫设施,由此排放的二氧化硫对环境造成的污染造成较大影响。茂名石化公司2台410吨/小时CFB锅炉2005年底建成投用,根据设计,这两台CFB锅炉燃料设计为100%烟煤和70%烟煤+30%石油焦两种。按照满负荷运行,掺烧30%石油焦消耗18万吨/年,仅占茂名石化石油焦的产量的17.3%。利用CFB结构优势,通过掺烧方式提高石油焦掺烧量,为高硫焦找到一个稳定有效环保的出路,成了炼油企业急需解决的课题。本论文通过研究CFB锅炉结构特点以及锅炉运行安全性、环保要求和经济指标等影响因素,论证了燃料品质特性是影响指定CFB锅炉安全、经济、环保运行的关键因素。在理论研究的基础上,结合高硫石油焦油页岩不同混合物和脱硫剂石灰石理化分析数据,通过在西安热工研究院CFBC试验炉掺烧不同混合比例的高硫石油焦油页岩混合燃料的中试研究,初步确定CFB锅炉掺烧高硫石油焦油页岩混合燃料的可行性,首次提出在工业CFB锅炉掺烧高硫石油焦油页岩混合燃料。在半工业中试基础上,通过在茂名石化410t/h CFB锅炉实炉掺烧高硫石油焦油页岩混合燃料的工业试验,分析研究掺烧过程中存在问题,提出长期掺烧高硫石油焦油页岩混合燃料合理控制参数和设备技术改造建议,首家完成燃煤CFB锅炉掺烧高硫石油焦油页岩混合燃料工业试验。综合各方面研究结果,我们认为：对于指定CFB锅炉,通过对冷渣系统和石灰石系统能力核定、改造后或控制高硫石油焦油页岩适当的混合比例,在工业CFB锅炉燃烧高硫石油焦油页岩混合燃料在满足环保条件下是安全的、经济的。本论文主要内容如下：本论文第二章简述了CFB锅炉结构特点,阐述了CFB锅炉安全环保运行的影响因素,论述了燃料特性对CFB锅炉运行的影响。指出燃料特性对锅炉安全运行存在较大影响,明确提出锅炉燃用燃料硬度、灰熔点、硫含量、水含量、热值和灰含量必须在设计范围内,并从烟气污染物生成原理角度证明燃料特性是影响锅炉污染物达标排放唯一可控因素,燃料的热值、硫含量、灰含量是控制的关键指标。通过锅炉效率推算方法,论证对于指定锅炉,燃料品质是CFB锅炉经济运行唯一可控因素。本论文第三章是对高硫石油焦、油页岩和石灰石理化数据进行分析,研究高硫石油焦、油页岩及其混合物的低位发热量、元素组成、全硫、粒度分布、密度、灰熔点、灰成分、着火和燃尽特性、可磨性、冲刷磨损性、自脱硫能力、颗粒度分布特性以及石灰石颗粒分布特性、反应能力和活性。通过分析认为石油焦和油页岩单样个别指标超出了发电锅炉用煤划分标准,不适合单样燃用,但两种燃料按一定比例混合的混合燃料与燃煤电厂常规燃料相关指标水平接近,采用CFB锅炉技术燃用高硫石油焦油页岩适当混合比例的混合燃料可取得较理想效果。论文第四章是分析研究石油焦油页岩混合燃料在1MWth CFB试验炉燃烧、脱硫、排放及灰渣特性中试数据。研究数据表明,试验炉条件下,CFB锅炉掺烧高硫石油焦油页岩混合物能满足安全、环保和经济要求,主要依据：CFB锅炉采用床下油枪点火方式,大于420℃时混合燃料能够成功着火,床温控制在840℃-900℃,试验燃料均能稳定燃烧；飞灰可燃物含量1.91%-5.70%,底渣可燃物含量0.96%-2.42%,燃烧效率95.7%-99.05%,飞灰份额65.71%-83.90%; Ca/S=2.4, T=877.5℃时,S02排放浓度175.8-491.3 mg/m3(标,6%02),脱硫效率95.1-98.3%；NOx排放浓度321.7mg/m3-625.1 mg/m3(标,6%O2); CO排放浓度32.45 mg/m3-85.96 mg/m3,并随过量空气系数、炉膛温度等因素的不同而变化。论文第五章是分析研究中国石化集团茂名分公司410t/hCFB锅炉掺烧高硫石油焦油页岩混合燃料工业试验数据。研究数据表明,指定工业CFB锅炉掺烧高硫石油焦油页岩混合物能满足安全、环保和经济要求,主要依据：工业CFB锅炉掺烧75%石油焦和25%油页岩时,锅炉连续稳定运行,床温保持在830℃左右；飞灰平均含碳量11.5%,底渣平均含碳量4.3%,飞灰份额约35%,锅炉热效率90.89%。运行最佳参数为运行排烟氧量控制在3.6%,床下流化风率控制在50%左右,风室压力维持在11kPa以上。石灰石能力充足条件下,锅炉SO2排放浓度小于200 mg/Nm3,脱硫效率95%。氮氧化物排放浓度101.6 mg/Nm3-132.9 mg/Nm3,达到了GB13223-2003所规定的低于650 mg/m3(标,6%02)的排放要求；钙硫摩尔比3.0、床温830℃条件下,150℃时飞灰比电阻值为3.1×1011Ω·cm,较普通燃煤飞灰比电阻小得多；实炉飞灰磨损指数Hm为13.56%、14.32%,磨损特性属中等磨损。