石油焦是煉油工藝的副產品。具有低灰分、低揮發分、高硫、高熱值等特點，由于著火與燃燒比較困難，且含有可能造成腐蝕、沾污的無機元素，屬于劣質固體燃料。隨著世界原油的重質化、劣質化和原油深度加工的發展，石油焦產量不斷上升，經濟、高效和清潔地利用石油焦，特別是將石油焦作為替代燃料己成為一個廣受關注的課題。
在眾多利用方案中，循環流化床煤焦混燒技術可以實現石油焦穩定、高效燃燒并有能力滿足SO2、NOx排放指標；采用混燒工藝帶來的灰稀釋效應又可以有效解決CFB鍋爐純燒石油焦時可能存在的聚團、結渣、腐蝕等問題；另外，通過和煤混燒還可顯著改善循環床內部床料的粒徑分布特征，保證足夠的循環物料量，對于鍋爐高效燃燒、穩定運行十分有利。目前階段，利用循環流化床與煤混和燃燒處理石油焦技術的優越性已經得到了國內外專家和技術人員的廣泛認同。
為了處理利用企業在石化生產中每年產生的28萬t高硫石油焦，上海石化熱電總廠從芬蘭福斯特惠勒公司引進了兩臺310t/h石油焦混燒循環流化床鍋爐，設計燃料焦煤比3:1。由于燃燒石油焦的CFB鍋爐的發展還處于比較初級的階段，特別是在國內，循環流化床中石油焦與煤的混燒機組主要依靠引進，有關燃燒特性等的基礎研
究還很薄弱，且缺乏足夠的運行經驗積累。在上海石化項目中，由于福斯特惠勒公司對于石油焦和煤混合燃燒CFB鍋爐設計尚屬首次，也存在一些不足和問題，引進的兩臺鍋爐在2002年2月投運后雖能維持穩定運行，但也暴露出飛灰含碳量高、冷渣器出力不足、滿足SO，排放要求時C a/S比偏高等問題。為了達到高效、穩定、環保的運行，需要對鍋爐的燃燒運行特性有深入透徹的了解，只有掌握了鍋爐的運行規律，才能著手摸索優化運行的途徑并為今后設備改造和完善提供依據。為此，組織了鍋爐運行特性試驗研究，以了解該鍋爐一般運行特點以及負荷、燃料、風量變化時對鍋爐運行經濟性的影響。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時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。
1、鍋爐概況
鍋爐總體布置見圖l，為典型的原芬蘭奧斯龍技術的“Pyroflow循環流化床鍋爐”，爐膛內布置有水冷屏和屏式過熱器，水冷型布風板，采用汽冷旋風分離器，配風冷式選擇性冷渣器。
該鍋爐設計燃料為石油焦和煤混合燃料，設計的焦、煤混合比例為3:1，焦、煤比例允許適用范圍
2、試驗研究
上海石化的這兩臺循環流化床鍋爐為了適應生產需求必須變化混燒焦煤的比例，但是石油焦和煤的燃燒特性存在巨大的差異，兩種原料的粒徑分布、在床內的破碎特性、燃燒速度和在稀密相區的燃燒份額都不相同；另外為了避免高硫石油焦入爐造成的硫氧化物排放超標，必須添加相應的石灰石進行爐內脫硫，加入的石灰石會在一定程度上影響床內的熱量平衡、灰平衡以及物料循環。這些都是鍋爐運行穩定性和經濟性的重要影響因素。考慮到CFB鍋爐設計中燃料特性的重要性，焦煤比的變化將會引起燃燒匹配條件、燃燒狀況、爐內各部分的傳熱以及物料循環等發生變化，與之相對應，鍋爐運行的經濟性也會隨之變化。為了掌握這種變化的規律，本試驗結合相關理論計算，開展了不同煤焦混合配比燃料、不同負荷、不同布風情況以及床溫床壓等運行參數變化對鍋爐運行經濟性影響的實驗研究。
2.1測量內容和方法
為了準確評估經濟性，鍋爐熱效率計算采用GB10184 - 88簡化方法進行，并增加石灰石煅燒和鹽化引起的熱損失，考慮到本次試驗只是用于工況間相對比較，僅作入口風溫修正。實驗期間在集控室利用DCS系統采集的數據有：汽水系統的主蒸汽流量、壓力、溫度、給水流量、壓力、溫度、減溫水流量；煙風系統的床壓、床溫、風箱壓力、空預器入口一二次風溫、風量、爐膛出口煙溫和省煤器后煙道壓力等；給料和排渣系統的給石灰石、給焦、給煤量、排渣量和渣溫等。就地測量的數據主要有空預器進出口氧氣成分（9106型煙氣分析儀）、排煙溫度和飛灰、爐渣、原煤和石油焦的采樣分析。
2.2煤焦比變化試驗
鑒于煤焦混合比對于鍋爐的運行有相當大的影響，參考設計焦、煤混合燃料的可適用范圍和現運行實際使用情況，改變焦、煤混合比例，了解鍋爐在不同混合比例工況運行方式下對經濟性的影響，在現場試驗條件允許的前提下，焦、煤比變化工況安排為1：0（純焦工況）、5:1、3:1和2:1。工況參數如表3所示，試驗結果如圖2所示。
由表3數據可知，從工況l到工況4，鍋爐負荷基本維持不變，焦煤比從2:1逐漸升高，直到1:0。由于受到冷渣器出力不足的限制，高硫石油焦入爐量增加的時候鈣硫比額定值偏低不少，大致維持在0.6~0.8的水平，雖然各工況石灰石投入量有所不同，但盡可能做到總灰分即燃料灰分和石灰石形成的灰分總和相一致，以增加各工況之間的橫向可比性。由圖2可以看到，隨著焦煤比例偏離設計工況，鍋爐熱效率出現顯著下降，特別是焦煤比增加的情況下，鍋爐效率由設計工況的90. 11%降低到純燒焦時的88. 72%，熱效率降低1.39%；在焦煤比例減小到2：1時，鍋爐熱效率也低了1. 26%。根據圖2中的排煙熱損失q：和固體未完全燃燒損失q。的變化趨勢看，q。在不同焦煤比工況中的變化顯然是鍋爐效率變化的主要原因。飛灰、爐渣含碳量的分析結果表明，焦量投運比例過高時，對固體半焦顆粒的燃燼不利，這主要是由于焦的揮發分低、粒徑細、不容易燃燼而且也不易被分離器捕獲，而過高的石油焦摻混份額大大增加了這部分細焦粒的量。煤焦比小于額定工況時，q。的增加可能是由于煤比石油焦更易留存于密相區，隨著煤在爐內份額增加，密相區的含碳量增加，底渣排放造成的熱損失增加。實驗結果說明石油焦混燒鍋爐由于石油焦和煤在燃燒特性上的差別，存在最佳混燒份額。這個最佳點取決于密相區含碳量以及稀相區中含碳細顆粒的份額和分離器對顆粒的捕集效率。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
2.3配風方案變化試驗
鍋爐總風量和一二次風分配份額的變化影響著鍋爐排煙煙氣量以及爐內燃燒狀況，為此通過變化空預器進口煙氣氧量（改變總風量）以及改變一二次風配比，在理解布風方案對鍋爐熱效率的影響機理的基礎上，探索合理的燃燒配風方式。表4給出了一次風量變化的兩組工況對照實驗結果。
表4中的工況l和2是310t/h滿負荷條件下進行變氧量（總風量）工況，試驗中維持焦煤比、一次風量、床溫、床層壓降等重要參數的恒定，通過二次風量的變化，使總風量即氧量改變。兩個試驗工況的氧量分別為3. 944%和4.7%。經過熱損失和鍋爐效率計算得到鍋爐效率”分別列于表4中。由試驗結果可分析，雖然工況2中二次風的增加使總風量增加，但由于一次風量不變，燃燒初期的風量不變，爐內燃料的燃燒充分性沒有改變，使燃燼程度不變，也就是qa基本維持不變，但由于總風量的增加使排煙熱損失增加，降低了鍋爐熱效率。這說明在這個工況范圍里，循環流化床鍋爐二次風量的增加對燃料的充分燃燒沒有明顯的影響。要降低固體未完全燃燒損失，提高鍋爐經濟性，可能需要從提高溫度水平、改善分離器效率和物料循環、增加焦顆粒在高溫區的停留時間方面著手。工況3和4與工況l、2的運行條件較相近，僅床壓設定較低，由3、4工況試驗結果的對照也可以得到相同的結論，即在一次風量相同的條件下，二次風量的增加對q。損失沒有影響，但鍋爐熱效率都由于q的增加而減少。另外對照工況2和4可知，在相近的總風量和一次風量下，床壓的變化對鍋爐熱效率的影響較小，并且高床壓時飛灰含碳量高，爐渣含碳量低。
在總風量水平基本一致的條件下提高一次風率，如表4中5、6工況所示，第6工況的一次風率比第5工況高，q。損失也低，總的熱效率相應提高，兩種工況下，q。分別為9. 20%、8.79%，n分別為87. 90%、88. 30%。試驗工況中雖然一次風率提高使床溫略有下降，但是使底渣和飛灰含碳量降低。一方面說明提高了密相區燃料顆粒的燃燒速度，另一方面也說明二次風在爐內的混合不如一次風好。從燃燒角度看，在該工況條件下二次風比率增加是不利于燃燒的。當然，二次風的主要作用在于控制NOx排放和降低風機電耗，所以具體運行中還需要綜合考慮這兩個因素，設置合理的比例。
2.4變負荷試驗
相同的燃燒狀況下，通過改變運行出力，可了解負荷變化對鍋爐的適應性以及對鍋爐熱效率的變化特性。受運行條件限制，負荷變化安排為100%負荷(310t/h)和75%負荷(235t/h)。
工況l、2和工況3、4分別為不同焦煤比混合燃料下，二組變負荷工況試驗，試驗結果表明和預想的一樣，兩個組中100%工況時鍋爐熱效率比相應的75%負荷分別高了1.56%和1.63%，鍋爐在低負荷時熱效率降低明顯。根據飛灰和底渣含碳量的分析數據，效率較低的主要原因是飛灰含碳量在低負荷時顯著增加，這與低負荷運行時較低的爐內溫度水平、較低的煙氣流速、較低的物料循環倍率和旋風分離器的對細顆粒的分離效率下降都有直接的關系。
3、結 論
通過在上海石化310t/h的循環流化床石油焦混燒鍋爐上進行的運行特性試驗研究，探索了該類型鍋爐在改變燃料摻混比例、配風方案以及鍋爐負荷條件下對運行經濟性的影響。
試驗發現，由于石油焦和煤具有不同的燃燒特性，不同的燃料組合下，隨著石油焦的比例過高或過低，都會不利于燃料燃燼，增加固體未完全燃燒損失，降低鍋爐熱效率，特別是石油焦摻混比過高時，由于其揮發分低、粒徑細，在分離器中分離效率不高，不易充分燃燼，會造成飛灰含碳量居高不下。
在相同的總風量下，改變一次風率對爐內燃燒有一定的影響，一次風率高，飛灰含碳量低，對燃料燃燼更有利，而二次風的改變對燃燼和鍋爐效率的影響不大。這說明試驗工況下，密相區的燃燒接近擴散控制，而稀相區更有可能處于動力燃燒狀態。如果在一次風量維持不變的條件下增加二次風量，不但對焦粒子的燃燼沒有幫助，還會增加排煙熱損失，降低鍋爐熱效率。
鍋爐負荷對鍋爐運行的經濟性影響很大。試驗表明低負荷運行時，較低的爐內溫度水平、較低的煙氣流速、較低的物料循環倍率和旋風分離器對細顆粒的分離效率下降，會大大增加飛灰含碳量，從而降低鍋爐熱效率。
