煤直接液化油渣作为循环流化床锅炉燃料的方法

摘要

煤直接液化油渣作为循环流化床锅炉燃料的方法，包括以下步骤：(1)来自煤直接液化的冷却固化后的油渣，经过破碎后直接与煤、炉内脱硫剂和/或生物质混合，且煤直接液化油渣占所得到的混合燃料的10－80wt％；所述炉内脱硫剂以石灰或石灰石为原料，控制Ca/S摩尔比为0.5－3.2；(2)采用冷风作为拨煤风，将所得到的混合燃料送入循环流化床锅炉中进行燃烧。本发明为能源的综合利用开辟了一条新途径，具有高可靠性、低污染物排放的特点，因此能够带来良好的社会效益和经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及煤直接液化油渣的应用，更具体地说，是煤直接液化油渣作为循环流化床锅炉燃料的一种方法。

背景技术

在采用减压蒸馏过程的煤直接液化工艺中，所生产的液化油渣量约占液化原料煤质量的30％左右，煤直接液化油渣在常温下为沥青状固体，受热后易熔化成粘稠状液体，其利用程度直接影响过程环境的热效率和经济性。液化油渣具有超低水分、中低灰分、高挥发分、高碳氢元素含量和高硫含量、高发热量、低软化点等特点，所以如何有效地利用煤直接液化工艺所产生的油渣，是煤直接液化技术应用过程中十分重要的问题。

据报道，煤直接液化油渣可以代替煤用作燃料，也可以用于制氢或制合成气，还可以用于制备沥青。但迄今为止，以煤直接液化油渣作为循环流化床锅炉燃料的应用尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤直接液化油渣作为循环流化床锅炉燃料的方法，从而使煤直接液化油渣得到更为有效的利用。

本发明所提供的煤直接液化油渣作为循环流化床锅炉燃料的方法包括以下步骤：

(1)来自煤直接液化的冷却固化后的油渣，经过破碎后直接与煤、炉内脱硫剂和/或生物质混合，且煤直接液化油渣占所得到的混合燃料的10-80wt％；所述炉内脱硫剂以石灰或石灰石为原料，控制Ca/S摩尔比为0.5-3.2；

(2)采用冷风作为拨煤风，将所得到的混合燃料送入循环流化床锅炉中进行燃烧。

在本发明所提供的方法中，优选地，所述液化油渣破碎至15mm以下，进一步优选破碎至13mm以下。

在本发明所提供的方法中，优选地，所述煤或生物质破碎至15mm以下，进一步优选破碎至13mm以下。

在本发明所提供的方法中，优选地，破碎后的液化油渣占所得到的混合燃料的20-60wt％，进一步优选占混合燃料的40-50wt％。

本发明所述生物质是指木材、木屑、柴草、农作物秸秆、玉米芯、生物垃圾和其它来自植物或动物的物质。    

在本发明所提供的方法中，可以采用洗中煤、尾煤(洗煤过程中产生的废弃物)、煤矸石、劣质煤或其它成本较低的燃料中的一种或一种以上的混合物与液化油渣混合，从而制备本发明所述的混合燃料。

在本发明所提供的方法中，需采用冷风作为拨煤风，将所得到的混合燃料送入循环流化床锅炉中进行燃烧。所述拨煤风的温度一般为环境温度-100℃，进一步优选环境温度-60℃。在本发明中，所述拨煤风的分布方式、流量以及烟道气氧含量等有关操作参数的控制与常规的循环流化床锅炉基本相同。

在本发明中，为了使循环流化床锅炉所排放的废气达到环保要求，即，使所排放的SO₂、氮氧化物、浮尘等污染物符合国家排放标准，优选地在上述混合燃料中加入炉内脱硫剂。所述炉内脱硫剂可以选用任何适用于该领域的炉内脱硫剂，例如，石灰、石灰石等均可。一般情况下，炉内脱硫剂的加入量使Ca/S摩尔比控制在0.5-3.2的范围内，优选的Ca/S摩尔比为1.0-3.0，进一步优选1.5-2.5，并控制适当的运行床温。Ca/S摩尔比的计算中所采用的硫含量为混合原料的总的硫含量。

与国内外现有技术相比，本发明所提供的煤直接液化油渣作为循环流化床锅炉燃料的方法具有以下有益效果：

(1)本发明所提供的煤直接液化油渣的应用方法适合于各种煤质、各种液化工艺和固液分离方法所生产的液化油渣；

(2)本发明为能源的综合利用开辟了一条新途径，具有高可靠性、低污染物排放的特点，因此能够带来良好的社会效益和经济效益；

(3)本发明可在燃烧过程中完成炉内脱硫、脱氮等反应，以产生热能供下游利用(如发电)，所排放的废气中SO₂、氮氧化物、浮尘等污染物可达到国家排放标准要求。当锅炉设计温度在870℃左右，钙硫摩尔比Ca/S在2.2左右时，所排放的烟气能满足国家污染物排放标准。适当增加脱硫剂的添加量，可以进一步控制SO₂排放。CO的排放在11.3ppm-37.0ppm之间，且随过量空气系数、炉膛温度等因素的不同而变化。

(4)本发明所提供的煤直接液化油渣作为燃料的应用可为工程锅炉设计、运行及主要辅助设备选型提供技术依据。

具体实施方式

下面进一步说明本发明所提供的煤直接液化油渣作为循环流化床锅炉燃料的应用，以便于本领域技术人员的理解，但本发明并不因此而受到任何限制。

当本发明所提供的以煤直接液化油渣为原料的混合燃料用于循环流化床锅炉时，不会对循环流化床锅炉的燃烧工况造成影响，且该锅炉的点火、升温、风量控制、温度控制等均与采用常规燃料时相同。为了防止结焦，在采用以煤直接液化油渣为原料的混合燃料之前最好对循环流化床锅炉的加料口进行改造，最好采用高压头冷风作为播煤风，同时适当加大风量。此外，给煤点最好设计在负压区，以避免给煤入口不畅而出现粘结堵塞现象。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面对本发明所提供的以煤直接液化油渣为原料的混合燃料在循环流化床锅炉中燃烧过程予以说明，但本发明并不因此而受到任何限制。

循环流化床锅炉按照常规操作方式冷态启动，混合燃料使用床下油枪点火。当床温升至400℃左右时，向床内投燃料能够点火成功。在工业应用过程中，当床温升到350℃时可适当试投一部分混合燃料，并观察床层着火情况。由于混合燃料灰熔点很低，点火过程中要密切观察炉内着火状况，同时要注意炉内床温和尾部烟道的氧量变化。如果床温升速异常，应立即切断混合燃料进料，其目的主要是防止点火过程中结焦发生。

所述循环流化床锅炉的床温一般在600℃-1200℃范围内，空床速度在1.0m/s-12.0m/s范围内，可保证稳定燃烧。为了防止结焦，一般情况下控制床温在800℃-1000℃范围，并维持床压稳定。

当混合燃料中液化油渣的含量为50重％，Ca/S＝2.2，循环流化床床温为880℃的条件下，添加石灰，在150℃时飞灰比电阻值为4.20×10¹²Ω·cm。随着石灰的增加，会引起飞灰中CaO含量增加，从而导致飞灰比电阻增加。

下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但本发明并不因此而受到任何限制。

实施例1

本实例说明：煤直接液化油渣作为主要原料的循环流化床混合燃料的制备。

试验过程中所采用的煤直接液化油渣取自以神华神东上弯矿煤为原料的直接液化工艺过程，所述液化油渣的主要物化性质如下：水分M_ad(wt％)0.28，灰分A_ad(wt％)21.82，挥发分V_ad(wt％)41.22，固定碳FC_ad(wt％)36.68，高位发热量Q_gr，ad(MJ/kg)29.42，软化点180℃，灰熔点(软化温度)1170℃。

对上述煤直接液化油渣进行破碎，使其平均粒径约为15mm；使破碎后的液化油渣与洗中煤混合，制备混合燃料A，其中，液化油渣占混合燃料A的50wt％。

实施例2

本实例说明：煤直接液化油渣作为主要原料的循环流化床混合燃料的制备。

试验过程中所采用的煤直接液化油渣取自以神华神东补连塔矿煤为原料的直接液化工艺过程，所述液化油渣的主要物化性质如下：水分M_ad(wt％)0.00，灰分A_ad(wt％)16.18，挥发分V_ad(wt％)43.15，固定碳FC_ad(wt％)40.67，高位发热量Q_gr，ad(MJ/kg)31.28，软化点160℃，灰熔点(软化温度)1190℃。

对上述煤直接液化油渣进行破碎，使其平均粒径约为13mm；对洗中煤进行破碎，使其平均粒径约为13mm；使破碎后的油渣和煤充分混合，制备混合燃料B，其中，液化油渣占混合燃料B的60wt％。

实施例3

本实例说明：煤直接液化油渣作为主要原料的循环流化床混合燃料的制备。

试验过程中所采用的煤直接液化油渣取自以神华神东补连塔矿煤为原料的直接液化工艺过程，所述液化油渣的主要物化性质与实施例2相同。

对上述煤直接液化油渣进行破碎，使其平均粒径约为13mm；对木屑进行粉碎，使其平均粒径约为13mm；使粉碎后的油渣和木屑充分混合，以制备混合燃料C。其中，液化油渣占混合燃料C的70wt％。

实施例4

本实例说明：本发明所述混合燃料能在循环流化床锅炉中正常燃烧，且所排放的烟气中的污染物含量可达到国家排放标准。

以实施例1所制备的混合燃料A为燃料，在1MW的循环流化床锅炉中进行试验。采用床下油枪点火方式，床温约350℃时投入混合燃料A易于点火成功。在冷态条件下，逐渐调整油压，以控制风室温升，投入油枪点火约15分钟，底部床温可以升到300℃，这时少量投入混合燃料A，从火焰观察孔发现油渣颗粒没有着火燃烧，床温停止增长，停止投料。当底部床温增加到350℃左右，从火焰观察孔可见少量燃料颗粒着火燃烧，这时再投燃料，床温开始增加。试验结果表明在350℃开始投燃料，待床温升到700℃左右时开始减少投油量，可使混合燃料顺利着火，实现平稳燃烧。适当增加混合燃料量和一次风量，待床温增加到850℃左右停止油枪供油，再加大混合燃料量和风量，炉膛下部床温可稳定在900℃左右。在床温900℃左右，空速5.0m/s左右，可保证稳定燃烧。

在加入脱硫剂石灰并满足Ca/S＝2.2(摩尔比)的情况下，当炉膛温度平均稳定为900℃时，其脱硫效率为93％，SO₂排放浓度为155ppm，氮氧化物排放指标为255mg/m³，所有排放物指标均低于国家规定的排放标准。

实施例5

本实例说明：本发明所述混合燃料能在循环流化床锅炉中正常燃烧，且所排放的烟气中的污染物含量可达到国家排放标准。

以实施例2所制备的混合燃料B为燃料，在1MW的循环流化床锅炉中进行试验。试验采用床下油枪点火方式(点火方式同实施例1)，约350℃下投入混合燃料B易于点火成功，在床温800-900℃范围内，空速4.0-6.0m/s范围内，均可保证稳定燃烧。

在加入脱硫剂石灰并满足Ca/S＝3的情况下，在炉膛平均稳定为850℃时，自脱硫效率是88％，SO₂排放浓度为257.1ppm，氮氧化物排放指标为235mg/m³，所有排放物指标小于国家规定的排放标准。

实施例6

本实例说明：本发明所述混合燃料能在循环流化床锅炉中正常燃烧，且所排放的烟气中的污染物含量可达到国家排放标准。

以实施例3所制备的混合燃料C为燃料，在1MW的循环流化床锅炉中进行试验。试验采用床下油枪点火方式(点火方式同实施例1)，同样在350℃下投入混合燃料C易于点火成功，在床温800-900℃范围内，空速4.0-6.0m/s范围内，均可保证稳定燃烧。

在加入脱硫剂石灰并满足Ca/S＝1.0的情况下，自脱硫效率在炉膛平均稳定为900℃时是85％，SO₂排放浓度为398.1ppm，氮氧化物排放指标为275mg/m³，所有排放物指标小于国家规定的排放标准。