油页岩

2023年12月3日发(作者：生病祝福早日康复的话)

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循环流化床燃烧油页岩的可行性分析

一、流化床燃烧锅炉的特点

1．对燃烧的适应性特别好，可以烧优质煤，也可以烧各种劣质燃料－高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、各种煤矸石，还可以烧油页岩、石油焦、尾矿、煤泥、尾气、炉渣、树皮、废木头、垃圾等。在燃料来源、品种和质量多变的情况下，采用流化床燃烧技术是特别适宜的。

2．燃烧效率高。采用带飞灰循环燃烧的流化床锅炉，根据炉型和煤种的不同，燃烧效率可达90%～99%。

3．流化床的截面热强度高，循环流化床的截面热强度为3～8MW/m2。

4．流化床燃烧温度一般为850-950℃，采用石灰石作为床料添加剂时，炉内脱硫效果好。与煤粉锅炉采用烟气干法和湿法脱硫相比，前者电厂投资和运行费用大为降低。

5．流化床锅炉一般采用分级燃烧，燃烧温度不高，NOX的浓度为100～200ppm。

6．流化床锅炉的负荷调节范围大，调节性能好。传统的沸腾床负荷变化范围为100%～50%。循环床锅炉，采用改变灰循环量可使锅炉的负荷变化范围为100%～25%。负荷的连续变化速率可达5%～10%。

7．流化床锅炉的冷渣含碳量低，可作为水泥熟料的添加剂和建筑材料。

8、我国是一个以煤为主要能源的国家，煤炭资源仅次于前苏联、美国，煤炭年产量占世界第一位。已探明我国煤炭储量达7700亿t，南北煤炭储量和质量差别甚大。北方煤炭资源丰富、煤质好。南方煤炭资源贫乏、煤质差。多年来煤矸石的累积量为10～12亿t以上，加上洗中煤。每年可用来发电的劣质煤、煤矸石可达4000～5000万t，可装机2000～3000MW。流化床燃烧锅炉能烧优质煤，也能烧劣质煤。循环床锅炉燃烧效率高，可与煤粉锅炉相竞争。从节约煤炭和利用劣质煤的观点出发，发展流化床锅炉的意义是不言而喻的。

9、煤燃烧过程中生成的SOX、NOX等有害气体已威胁全球，我国每年排入大气中的SO2约87%和NOX约67%来自煤的燃烧，造成了大面积酸雨，严重影响工业和农业的生产。

燃烧过程中生成的CO2和N2O等是产生地球温室效应的气体，更引起世界各国科学家密切的关注。

总之，燃烧过程中生成的有害气体，特别是温室效应气体引起的全球变暖是没有国界的。保护环境，保护地球，也就是保护人类本身，应作为头等重要的大事列入联合国的议事日程。

流化床燃烧，采用石灰石作添加剂能实现燃烧过程中脱硫。另外，流化床燃烧温度可控制在850～950℃，燃烧过程中生成的NOX能满足环保的排放标准。

10、CO2是一种温室效应气体，它的有害影响如上所述。流化床燃烧首先采用床内脱硫，然后再用湿法脱除烟气中的残余SO2。在烟气中SO2含量极微的情况下，用压力为3.535×105Pa的蒸汽轰击烟气能回收CO2使其压缩和液化，最后通过过滤达到食用等级的质量，以液体和干冰的形式出售。这一方面起到了减轻地球的温室效应，阻止地球变暖而带来的海平面上升所得到的社会效益是无法用数字表示清楚的。

二、油页岩的特性

油页岩又称油母页岩是一种可燃矿物，外观多呈褐色泥岩状，其相对密度为1.4～2.7。这种石头里含有石油的成分，油页岩热值一般为5000KJ/kg～10000KJ/kg，可以燃烧，发热量比煤低，每千克油页岩燃烧时只能发出几百到几千千焦热量，灰分含量较高，油页岩一般比煤重。油页岩中的矿物质常与有机质均匀细密地混合，难以用一般选煤的方法进行选矿。含有大量粘土矿物的油页岩，往往形成明显的片理。

油页岩主要组成包括油母、水分和矿物质。①油母。含量约10％～50％（干基），是复杂的高分子有机化合物，富含脂肪烃结构，而较少芳烃结构。油母的元素组成主要为碳、氢，以及少量的氧、氮、硫；其氢碳原子比为1.25～1.75。油母含量高，氢碳原子比大，则油页岩产油率高。②水分。为4％～25％不等,与矿物质颗粒间的微孔结构有关。③矿物质。主要有石英、高岭土、粘土、云母、碳酸盐岩以及硫铁矿等。含量通常高于有机质。

三、循环流化床燃烧油页岩的优越性

1、循环流化床燃烧油页岩的温度一般为850℃，有较好的燃烧效果，高温腐蚀小，积灰轻，经济性和环境性能很好。

2、分级和低温燃烧NOx排放低。 3、含碳酸钙油页岩燃烧时，控制燃烧温度在850℃左右，自脱硫（不需外加石灰石）能力强，SO2的排放小于5ppm。

4、循环流化床燃烧油页岩，飞灰份额小，采用布袋除尘或电除尘，粉尘排放浓度达到100mg/Nm3。

5、几乎油页岩中全部硫以硫酸钙的形式被保留在灰渣中，使尾部受热面的积灰松、软，很容易经吹灰清除，维持设计排烟温度，排烟热损失小。

6、燃烧温度低，850℃左右，受热面由SO2和KCL引起的高温腐蚀基本被消除。

7、循环流化床燃烧温度（850℃）低，油页岩中CaCO3分解量（与粉状高温燃烧比）大为减少，这导至CO2排放量减小，燃料消耗量减小。

8、循环流化床低温燃烧油页岩，改善了灰渣的成份和特性，有利于灰渣综合利用。

9、油页岩灰中CaO含量相对较高，自脱硫能力很强，不外加石灰，SO2排放接近零。

四、纯烧油页岩与油页岩加高热値的煤燃烧

由于油页岩热值一般比较低（为5000KJ/kg～10000KJ/kg）灰分含量较高，与其它热值相对较高的煤种来说，同样锅炉负荷情况下，锅炉的整体结构布局较大，锅炉成本较高。最为理想的燃烧状况为油页岩适当掺烧一定量热值高的煤种，可以更加经济的燃烧。 五、油页岩锅炉结构设计

通常燃料的发热量对给料装置尺寸的确定、燃烧室、颗粒分离器设备等的尺寸大小产生影响；对燃烧室、尾部受热面的热量分配产生影响；燃料灰分对燃料颗粒尺寸的确定、排渣装置的确定及选型有较大影响；挥发分与固定碳的含量决定了燃料特性；燃料中含硫量确定了石灰石给料系统及灰处理系统，对床层温度的确定亦有很大影响；灰的特性对床运行时最高温度等有决定性作用，床层只能在灰变形温度以下运行。

锅炉结构的设计是以燃料特性为基础，在对油页岩燃料与燃烧特性进一步深入研究的基础上，结合循环流化床锅炉设计与实际运行经验，确定了油页岩循环流化床锅炉的设计原则。

油页岩颗粒呈片状结构油页岩不同于其它固体燃料，特殊的物理结构决定其破碎后呈片状结构且具有良好的自相似性。因此油页岩投入流化床后，其片状结构特性导致迎风表面积剧烈变化。最大投影面积迎风时为稳态流化；最小投影面积迎风时则颗粒失流而沉积，这种现象在燃烧室边壁外更为明显。油页岩的片状结构特性，极易导致沟流，而形成局部死区。为保证在流化床中油页岩获得高的流化质量、床中颗粒混合均匀，根据循环流化床锅炉的运行经验确定流化床热态运行风速为5-6m/s),同时布风板处配置较高的小孔气流速度为50-60m/s。挥发分含量高油页岩的挥发分含量很高，空气干燥基为42%。根据对甸油页岩的实验研究，油页岩循环流化床密相区燃烧份额约为0.5-0.6，而通常燃烧褐煤的循环流化床密相区为0.7-0.8，燃烧无烟煤循环床密相区燃烧份额在0.9以上，与它们相比，油页岩将有很大比例的可燃物质在稀相区燃烧和燃尽。为保证可燃气体和极细颗粒一次燃尽，减小化学不完全燃烧热损失，应采用较低稀相区流速。这样可使可燃气体和固体物料在炉内停留时间延长，使锅炉获得高燃烧效率。同时由于稀相区处燃烧份额高，大量热量将会被带出炉膛，这势必使主循环回路吸热量少，而尾部对流受热面吸热量多。如对于劣质燃料约有60%热量需带至尾部对流受热面；对于优质燃料如烟煤，则只有40%量带至尾部对流受热面。因此在燃烧油页岩的循环流化床锅炉总体设计中应周密考虑对流受热面的设计。

油页岩含硫量很低，约为1%，而灰中CaO含量高达15%，计算得到钙硫摩尔比为4.538,同时，油页岩灰分中含有多种金属氧化物，这些金属氧化物也具有脱硫作用，因而油页岩将有很强的自脱硫能力。在没有额外加入脱硫剂CaCO3,、运行温度为850℃条件下，自脱硫率可达96%以上，SO2排放量远低于环保允许值，本身即可有效控制SO2排放量，这样就不需要再增加石灰石系统，使锅炉岛系统简单，降低了一次投资。

油页岩循环流化床锅炉采用床上点火。燃烧油页岩的循环流化床锅炉与燃烧其它煤种的循环流化床锅炉循环倍率相同时，虽然灰量多可提高炉膛内换热系数，但灰量增加将使燃烧油页岩的循环流化床锅炉受热面磨损较其它煤种严重。随着锅炉容量增加，单位时间内投入到炉内的燃料量要增加，这一问题变得更严重。为避免由于磨损而引起的受热面管道泄漏，大型油页岩循环流化床锅炉炉膛内部对流受热面采用耐磨性好的受热面，同时密相区中的水冷壁敷设防磨层。

大量高温灰排出炉膛后，不宜于热量回收，而将造成锅炉效率降低和热污染。考虑油页岩灰分含量高的特点，设计中采用流化床冷渣器。

分离器的确定分离器作为循环流化床锅炉主循环回路的一个关键部分一直受到关注。选择何种类型分离器涉及到循环流化床锅炉总体布置、分离器效率、循环倍率和启停炉等多种因素。其中，循环倍率反映了不同燃料颗粒在燃烧室内的不同循环次数和累积停留时间，对分离器确定起着至关重要的作用。综合考虑燃烧与燃尽、炉内传热强度、过热器汽温调节、负荷调节、运行稳定性、分离系统可靠性、受热面磨损、动力消耗和污染物排放，确定油页岩循环流化床锅炉采用低倍率循环是合适的，其循环倍率为6,所需分离器的最小分离效率为91%-93%。

通过以上分析，循环流化床锅炉燃烧油页岩是可行的。

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