燃石油焦CFB锅炉过热器沾污机理研究

作     者：刘志宏 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金燕

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：石油焦 CFB锅炉 过热器沾污 掺烧煤种 FactSage 

摘      要：石油焦是石油化工领域的一种重要的副产品,其中一部分由于硫含量高,不能用于化工冶金领域,常被用作燃料。循环流化床是一种高效清洁燃烧技术,被广泛用于高硫石油焦燃烧处理。在实际运行过程中,燃石油焦CFB锅炉面临过热器沾污严重的问题,影响锅炉连续安全运行。因此,深入研究燃石油焦CFB锅炉过热器沾污问题具有重要意义。本论文以某燃石油焦CFB锅炉为研究对象,在分析过热器沾污状况的基础上,利用X射线衍射、X荧光光谱分析等表征方法,对过热器沾污样品进行分析,并通过实验研究Ca O的硫酸盐化、气相含K组分冷凝及石油焦中的VO对过热器沾污的影响。选取4种不同种类的燃料,利用Fact Sage软件计算掺烧煤后含Ca、K组分的转化特性,从游离Ca O及气相含K组分含量的角度,研究掺烧煤种、掺烧比例和掺烧温度对过热器沾污的影响。本论文的主要研究结果如下:(1)KSO冷凝和Ca O硫酸盐化共同作用导致过热器沾污,Ca SO物质本身并不会对过热器沾污产生影响。KSO在过热器表面冷凝形成初始黏结层,炉膛内未反应的多孔Ca O颗粒沉积到过热器表面并在烟气中SO的作用下逐渐硫酸盐化生成Ca SO,Ca SO与KSO发生低温共熔,过热器表面产生黏性物质。在高温烟气和Ca O体积膨胀的共同作用下,沉积物颗粒最终转变为致密的积灰层。(2)石油焦中VO通过催化SO氧化反应的方式,加速了Ca O的硫酸盐化进程,加剧过热器沾污。石油焦中的含Ni组分在炉膛高温环境作用下会逐步转变为液相,对过热器沾污产生影响。(3)掺烧燃料后,950℃时的含Ca组分主要包括Ca O(l)、Ca SO(l)、Ca SO(s)以及Ca O(s),掺烧黔西煤时还含有7.28%的CaSi O(s)。K的主要赋存形式是KCl(g)、KO(l)和KSO(l),掺烧神木煤和黔西煤时还含有一定量的KCa(SO)(s)。(4)最适合用作减缓燃石油焦CFB锅炉过热器沾污的掺烧煤种是准格尔煤,最佳掺烧比例为10-15%。黔西煤、准格尔煤或哈烟煤作为掺烧燃料的比例大于15%时,可以适当提高锅炉运行温度。掺烧准格尔煤的比例为10%和15%时,控制炉温在850℃和900℃左右,可以降低气相K占含K组分的比例,有效减缓过热器沾污。(5)降低床温、将蒸汽吹灰器更换为燃气脉冲激波吹灰器、控制脱硫剂粒径、降低钙硫比、提高分离效率等措施也可以减缓燃石油焦CFB锅炉过热器沾污。