CN100520181C

CN100520181C - 煤直接液化油渣热法进入循环流化床锅炉的方法

Info

Publication number: CN100520181C
Application number: CNB2007101206266A
Authority: CN
Inventors: 李红凯; 任相坤; 毛中胜; 孙志忠; 高聚忠; 刘永平; 李东鹏; 刘福荣; 蒋立翔
Original assignee: Shenhua Group Corp Ltd; China Shenhua Coal Oil Co Ltd; Shenhua Shendong Power Co Ltd
Current assignee: Shenhua Group Corp Ltd; China Shenhua Coal Oil Co Ltd; Shenhua Shendong Power Co Ltd
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2027-08-22
Also published as: CN101109516A

Abstract

一种煤直接液化油渣热法进入循环流化床锅炉的方法，包括以下步骤：由煤直接液化工艺过程中减压塔排出的热熔的煤直接液化油渣经加压泵和管道输送，供给给料喷嘴，经过给料喷嘴雾化后注入循环流化床锅炉的过渡区或浓相区进行燃烧，炉内脱硫剂与煤一起给入；控制循环流化床锅炉的床层温度为700-1100℃，煤直接液化油渣的注入量占循环流化床锅炉燃料总量的10-80wt%，且Ca/S摩尔比为1.0-3.2，混合燃料在循环流化床锅炉能正常燃烧，烟气可达标排放。本发明所提供的工艺方法为合理、有效、经济地利用煤直接液化油渣提供了一种可行的选择。

Description

煤直接液化油渣热法进入循环流化床锅炉的方法

技术领域

本发明涉及煤直接液化油渣作为循环流化床锅炉燃料的方法，更具体地说，是煤直接液化油渣以热法熔融的状态进入循环流化床锅炉的方法。

背景技术

目前，国内外有多种煤直接液化工艺技术。煤直接液化工艺过程是首先将煤先磨成粉，再与液化过程所产生的液化重油(循环溶剂)配成煤浆，在高温(430-465℃)和高压(20-30MPa)下直接加氢，将其转化为液体产品的过程。整个过程可分成煤浆制备单元、反应单元和分离单元。

不管煤炭直接液化采用何种工艺，煤的转化率都不可能达到100％，最后总有少量未反应煤要排出装置，加上煤中夹带的无机矿物和加入的催化剂，它们都是以固体形态与液化油混合在一起。然后经过固液分离(常见的有减压蒸馏、溶剂萃取、过滤和离心分离等)，分离出液化油后剩余的含固体物质称为液化油渣。它是一种高炭、高灰和高硫的物质，产量一般达到液化原料煤的30％左右。因此，如何合理利用如此多的液化油渣对液化过程的经济性、环保性和资源有效利用等有着重大影响。

目前，在煤直接液化油渣的利用方面，国内陆续作了一些研究工作。

CN200610012547.9公开了用煤直接液化油渣作道路沥青改性剂及其应用方法。这种道路沥青改性剂的应用方法是将煤直接液化油渣粉碎至100目以下，与沥青在100-250℃下按煤直接液化油渣占改性沥青的重量比为5-30％混合均匀。可获得满足美国ASTM D5710-95和英国BSIBS-3690对Trinidad湖沥青(TLA)改性沥青的指标要求的改性沥青。

CN200510047800.X披露了一种以煤直接液化油渣为原料，采用电弧等离子体制备纳米炭纤维材料的方法。该方法是将未经任何处理的煤直接液化油渣置于直流电弧等离子体炬中热处理，氮气作为电弧工作气体，在常压下，经过120～175秒后，即可得到纳米炭纤维材料，制备过程无需添加任何催化剂。该制备方法工艺路线简单，是一种清洁利用煤液化油渣制备纳米材料的好方法。

以上两种方法虽然思路较好，但要大规模的工业化应用还有很多基础性工作要做。

另一种有效的利用煤液化油渣的方案是：将固化后的油灰渣与煤按一定比例混合，然后对混合物共同破碎，并与一定量石灰石一起送入循环流化床锅炉进行燃烧，这种方法基本可以消费掉液化生产出的油灰渣。但由于要将液化油渣冷却固化，然后破碎，整个过程损失了大量的能量，而且将液化油渣冷却固化在煤直接液化工艺上也要增加一定的经济成本、技术难度和操作风险，如增大了煤液化油渣出口至成型机的堵塞概率等。

迄今为止，关于煤直接液化油渣以热法熔融的流体状态，进入循环流化床锅炉，并在脱硫剂作用下在循环流化床锅炉内燃烧、脱硫，提供热能供下游利用(如发电)的技术尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤直接液化油渣作为燃料、热熔态进入循环流化床锅炉的应用方法。

本发明所提供的煤直接液化油渣热法进入循环流化床锅炉的方法包括以下步骤：由煤直接液化工艺过程中减压塔排出的热熔的煤直接液化油渣经加压泵和管道输送，供给给料喷嘴，经过给料喷嘴雾化后注入循环流化床锅炉的过渡区或浓相区进行燃烧，炉内脱硫剂与煤一起给入；控制循环流化床锅炉的床层温度为700-1100℃，煤直接液化油渣的注入量占循环流化床锅炉燃料总量的10-80wt％，且Ca/S摩尔比为1.0-3.2。

在本发明所述方法中，所述热熔的煤直接液化油渣是来自煤直接液化工艺分离系统减压塔的温度约为300℃左右的液化油渣。一般情况下，所述热熔的液化油渣首先经过减压塔的塔底泵加压后，经伴热管线输送至热熔油渣储罐，然后再经循环流化床锅炉给料泵加压，通过伴热管线输送至循环流化床锅炉的给料喷嘴。热熔的液化油渣经给料喷嘴雾化后注入循环流化床锅炉的过渡区或浓相区。本发明对于所述循环流化床锅炉给料喷嘴没有特殊要求，只要能够满足工艺条件的要求，耐磨损、耐高温，且可使液化油渣尽可能均匀地分布即可。

在本发明所提供的方法中，所述煤直接液化油渣的注入量优选占循环流化床锅炉燃料总量的20-60wt％，进一步优选占40-50wt％。余量的循环流化床锅炉燃料可以是劣质煤，如洗煤厂的中煤、尾煤或煤矸石。在本发明所提供的方法中，余量的循环流化床锅炉燃料的原有进料位置无需改变，只需根据燃料的性质及其进料量的变化相应调整注入循环流化床锅炉的压缩空气量。

在本发明所述方法中，为了使液化油渣在燃烧过程中完成炉内脱硫反应，提供热能供下游装置利用，并使得燃烧后所排放的烟气中SO₂、氮氧化物、浮尘等污染物符合国家排放标准，最好使脱硫剂与煤一起注入循环流化床锅炉，所使用的脱硫剂可选用石灰、石灰石等常用脱硫剂。一般情况下，使Ca/S摩尔比控制在1.0-3.2的范围内，优选的Ca/S摩尔比为1.5-2.8，进一步优选2.0-2.5，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燃料的总的硫含量。

在本发明所述方法中，为了保证液化油渣的输送温度，最好采用伴热管线进行输送。所述伴热管线可以是套管伴热、电伴热或蒸汽伴热，也可以是其它的利用辐射、对流或传导方式将能量传递给液化油渣使其保持热熔状态的各种伴热形式。伴热管线上可以根据需要设置若干中间罐、输送泵、加热器、检测及控制设备，只要确保热熔油渣顺利输送至循环流化床锅炉即可。

本发明中所述煤直接液化油渣是指煤经过直接液化后，再经过分离系统分离出的产物。其中，煤直接液化方法采用SRC工艺、EDS工艺、H-Coal工艺、IGOR+工艺、NEDOL工艺、BCL工艺、HTI工艺、神华工艺等均可。所采用的固液分离方式可以是减压蒸馏、溶剂萃取或离心分离等。液化油渣的特性一般为：密度1.00-1.50g/cm³、软化点100-250℃、油(己烷可溶物)含量10％-50％、固含量30％-50％、灰10％-40％、S_daf(干燥无灰基硫含量)>1.0％。

与国内外现有技术相比，本发明所提供的煤直接液化油渣热法进入循环流化床锅炉的工艺方法的有益效果如下：

1)本发明所提供的煤直接液化油渣热法进入循环流化床锅炉的工艺方法为合理、有效、经济利用煤直接液化油渣提供了一种可行的选择。

2)本发明所提供的煤直接液化油渣热法进入循环流化床锅炉的工艺方法是热法利用液化过程所产生的油渣，最大限度的节约了能源，减少了油渣在冷却过程中对设备、操作和生产造成的危害，例如，从减压塔至成型机的阀件易堵塞等。

3)本发明所提供的煤直接液化油渣热法进入循环流化床锅炉的工艺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。

4)本发明所提供的煤直接液化油渣热法进入循环流化床锅炉的工艺方法可为循环流化床锅炉的工程设计、运行及主要辅助设备选型提供技术依据。

附图说明

图1是本发明所述液化油渣热法进入循环流化床锅炉的流程示意图。

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热法进入循环流化床锅炉的方法，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。

如图1所示，来自煤直接液化分离系统减压塔的热熔态的液化油渣1首先经泵升压后，经由伴热管线输送至热熔油渣储罐，然后再经循环流化床锅炉给料泵2加压后，通过伴热管线输送至循环流化床锅炉3的给料喷嘴。使热熔态的液化油渣经给料喷嘴注入床层温度已升至700-1100℃的循环流化床锅炉，使其燃烧。根据固体物质在循环流化床锅炉内的疏密度，大致可将循环流化床锅炉3自上而下分为均相区4、过渡区5、浓相区6。所形成的烟气由循环流化床锅炉顶部引出，经分离器7进行气固分离后，高温烟气8由分离器7顶部引出，而分离下来的循环灰返回循环流化床锅炉的浓相区。一次风9由循环流化床锅炉底部注入，二次风10可由锅炉的过渡区注入。燃烧所形成的灰渣11由循环流化床锅炉底部排出。

在本发明所提供的方法中，由于液化油渣是热熔态进料，故对循环流化床锅炉的影响比固态进料要大的多，对操作稳定性有严格的要求。如果由于操作不当，有可能会影响循环流化床锅炉的稳定运行，进而影响锅炉的供汽能力。试验证明，热熔油渣通过循环流化床锅炉的过渡区二次风口处设置的喷嘴喷入效果较好，并用蒸汽(也可用压缩空气)作雾化剂。所述煤直接液化油渣给料喷嘴最好沿循环流化床锅炉周向均匀设置。喷嘴的喷入速度和喷入油渣量要控制均匀，并根据炉温及时做出调整。

在本发明所提供的方法中，循环流化床锅炉冷态启动时，应用煤点火启动到循环流化床锅炉正常运行。由于热熔油渣燃料灰熔点较低，在热熔油渣进入循环流化床锅炉时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及给料喷嘴的给料均匀度。所述喷嘴最好对称布置，且每个喷嘴喷入的量应基本相当。如果床温升速异常，应立即减少或停止喷嘴的燃料喷入(尽量做到不停止给料)，其目的主要是防止点火过程中结焦、防止喷嘴堵塞。

在本发明所提供的方法中，为了防止结焦，床温最好控制在700℃-1100℃范围内，进一步优选800℃-950℃，并维持床压波动不大。此外，空床速度在2.0m/s-6.0m/s范围内，可以保证稳定燃烧，飞灰可燃物含量小于7％，底渣的可燃物含量小于2％。

在本发明所提供的方法中，通过掺烧石灰(粉状或配成浆状)，采用适当的Ca/S并控制适当的运行床温，可以将SO₂排放浓度控制在现行标准要求的范围内，脱硫效率大于90％。脱硫效率随Ca/S的增加而增加，并到一定程度后增加趋势放缓。同时氮氧化物排放浓度低于国家对燃煤锅炉的要求。

在本发明所提供的方法中，CO的排放在7.0ppm-20.0ppm之间，随过量空气系数、炉膛温度等因素的不同而变化。

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：采用本发明可实现煤直接液化油渣热法进入循环流化床锅炉并在其中高效燃烧，所排放的污染物能满足国家的排放标准。

采用1WM的循环流化床锅炉进行试验。经冷却后，试验所采用的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，粘度150mPa.s(330℃)

液化油渣注入循环流化床的温度为330℃，由对称设置在浓相区的给料喷嘴注入，液化油渣占总进料量的15wt％；余量的燃料为洗中煤，其主要物化性质如下：水分M_ad(wt％)4.7，灰分A_ad(wt％)25.63，挥发分V_ad(wt％)40.87，高位发热量Q_gr，ad(MJ/kg)17.11。粉状的石灰与洗中煤掺混进料，Ca/S＝1.0。

试验采用床下油枪点火方式，即先用煤粉建立CFB锅炉循环，再在约850℃下采用双喷嘴切线对称慢慢喷入热熔液化油渣。从火焰观察孔观察热熔油渣着火情况。在加入热熔油渣燃料的同时减少给入的煤粉量，并适当调整一、二次风量，保持床温基本稳定。试验结果表明在700℃开始喷入热态油渣燃料，可使热熔油渣顺利着火实现平稳燃烧。

在Ca/S＝1.0，炉膛平均温度为900℃时，炉内脱硫效率达88％，SO₂排放浓度为162ppm，氮氧化物排放指标为257.0mg/m³，所有排放物指标小于国家规定的排放标准。

实施例2

采用1WM的循环流化床锅炉进行试验。经冷却后，试验所采用的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，粘度550mPa.s(300℃)。

液化油渣注入循环流化床的温度为300℃，由对称设置在均相区的2个给料喷嘴注入，液化油渣占总进料量的50wt％；余量的燃料为洗中煤，其主要物化性质如下：水分M_ad(wt％)3.1，灰分A_ad(wt％)20.19，挥发分V_ad(wt％)43.84，高位发热量Q_gr，ad(MJ/kg)19.47。粉状的石灰与洗中煤掺混进料，Ca/S＝2。

试验采用床下油枪点火方式，即先用煤粉建立CFB锅炉循环，在约800℃下采用双喷嘴切线对称向CFB炉膛内慢慢喷入热熔液化油渣。从火焰观察孔观察热熔油渣着火情况。在加入热熔油渣燃料的同时减少给入的煤粉量，并适当调整一、二次风量，保持床温基本稳定。试验结果表明在750℃开始喷入热态油渣燃料，可使热熔油渣顺利着火实现平稳燃烧。

在Ca/S＝2，CFB炉膛温度1000℃时，炉内硫效率为是90％，SO₂排放浓度为135ppm，氮氧化物排放指标为197mg/m³，所有排放物指标小于国家规定的排放标准。

实施例3

采用1WM的循环流化床锅炉进行试验。经冷却后，试验所采用的液化油渣的主要物化如下：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，粘度800mPa.s(280℃)。

液化油渣注入循环流化床的温度为280℃，由对称设置在均相区的2个给料喷嘴注入，液化油渣占总进料量的70wt％；余量的燃料为洗中煤，其主要物化性质与实施例1中所采用的洗中煤相同。粉状的石灰与洗中煤掺混进料，Ca/S＝3。

试验采用床下油枪点火方式，即先用煤粉建立CFB锅炉循环，在约850℃下采用双喷嘴切线对称向CFB炉膛内慢慢喷入热熔液化油渣。从火焰观察孔观察热熔油渣着火情况。在加入热熔油渣燃料的同时减少给入的煤粉量，并适当调整一、二次风量，保持床温基本稳定。试验结果表明在850℃开始喷入热态油渣燃料，可使热熔油渣顺利着火实现平稳燃烧。

在Ca/S＝3，CFB炉膛温度900℃时，炉内硫效率为是92％，SO₂排放浓度为197ppm，氮氧化物排放指标为186mg/m³，所有排放物指标小于国家规定的排放标准。

Claims

1.一种煤直接液化油渣热法进入循环流化床锅炉的方法，包括以下步骤：由煤直接液化工艺过程中减压塔排出的热熔的煤直接液化油渣经加压泵和管道输送，供给给料喷嘴，经给料喷嘴雾化后注入循环流化床锅炉的过渡区或浓相区进行燃烧，所述的煤直接液化油渣的注入量占循环流化床锅炉燃料总量的10-80wt％，余量的循环流化床锅炉燃料为煤，其与炉内脱硫剂一起给入；控制循环流化床锅炉的床层温度为700-1100℃，且Ca/S摩尔比为1.0-3.2，Ca/S摩尔比的计算中所采用的硫含量为循环流化床锅炉燃料的总的硫含量。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述煤直接液化油渣的注入量占循环流化床锅炉燃料总量的20-60wt％。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述煤直接液化油渣的注入量占循环流化床锅炉燃料总量的40-50wt％。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于Ca/S摩尔比为1.5-2.8。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于Ca/S摩尔比为2.0-2.5。

6.按照权利要求1或5所述的方法，其特征在于所述热熔的煤直接液化油渣通过循环流化床锅炉过渡区二次风口处设置的所述的给料喷嘴喷入，并用蒸汽或压缩空气作为雾化剂。

7.按照权利要求6所述方法，其特征在于所述循环流化床锅炉的床层温度为800℃-950℃。

8.按照权利要求1或7所述的方法，其特征在于使来自减压塔的热熔的煤直接液化油渣首先经加压泵加压，再经由伴热管线输送至热熔油渣储罐，然后经循环流化床锅炉给料泵加压后，通过伴热管线输送至所述的给料喷嘴。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于所述给料喷嘴沿循环流化床锅炉周向均布。

10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于所述伴热管线为套管伴热、电伴热或蒸汽伴热。