[摘 要]油頁巖是一種重要的潛在能源，儲量巨大，在化石燃料中它的儲量折算成發(fā)熱量僅次于煤而列第二位。作為煉油后的廢渣，半焦有800-1000kcal/kg發(fā)熱值，約占油頁巖總發(fā)熱值的40～50%。其揮發(fā)份含量低，灰分很大，發(fā)熱值很低，是一種很難著火、很難燃盡的劣質(zhì)燃料。因此，將油頁巖和半焦按一定比例混合后作為燃料送入循環(huán)流化床鍋爐，達(dá)到最大限度利用油頁巖的目的。

[關(guān)鍵詞]半焦； 油頁巖小顆粒； 高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐

中圖分類號：TK229.66 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）31-0014-01

一、半焦摻燒研究背景與意義

自2009年龍礦集團成立龍福油頁巖綜合利用有限公司對油頁巖進行綜合利用，目前已經(jīng)形成年處理油頁巖120萬噸、產(chǎn)油12萬噸、半焦90萬噸、瓦斯發(fā)電5000萬度的生產(chǎn)規(guī)模。半焦作為油頁巖煉油產(chǎn)生的固體廢棄物，經(jīng)過雨水淋溶或擴散后會污染周圍的水源、土地及生物，破壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，使土地僵化、酸化，破壞土壤，如不及時處理勢必對周圍的環(huán)境造成破壞。隨著龍福公司正常的生產(chǎn)，半焦的產(chǎn)量越發(fā)增大，需要得到合理的轉(zhuǎn)化和處理。而半焦的發(fā)熱量為800-1000 kcal/kg，為了充分利用這部分熱能，減少能源浪費和杜絕環(huán)境污染，也為下一步有效利用油頁巖半焦、為龍礦集團2×50MW半焦綜合利電提供科學(xué)有效的技術(shù)支撐。

二、燃燒特性的研究

公司成立油頁巖煉油半焦摻燒研究小組，小組成立后，對各項研究工作進行嚴(yán)格分工，明確試驗?zāi)繕?biāo)和工作方法，定期對工作進展情況進行匯報和總結(jié)，最終形成綜合研究報告。具體研究內(nèi)容如下：

1、委托設(shè)計單位或?qū)I(yè)研究試驗部門，對油頁巖煉油半焦物理、化學(xué)特性進行分析，掌握其燃燒特性；

2、針對油頁巖半焦水分高、灰分高、熱值低、燃料比重大會導(dǎo)致循環(huán)灰量增加，煙氣量增加，磨損量增加以及流化情況變差的現(xiàn)象，對燃燒特性進行分析，從而合理摻燒半焦比例，保證鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行；

3、針對半焦上述特點，在入爐方式、鍋爐設(shè)計、工藝、灰渣處理等進行針對性研究，明確了增加密相區(qū)受熱面防磨、適當(dāng)調(diào)整受熱面布置、合理調(diào)整煙氣流速、增加分離器下部的排灰量、控制溫度場等設(shè)計方案，為下一步鍋爐的制造、改造和應(yīng)用提供了技術(shù)支撐和支持。

通過半焦物理和化學(xué)特性試驗，繪制燃燒特性曲線，并分別進行比較分析：

從TG曲線變化可以看出，油頁巖及其半焦混煤燃燒過程分為燃燒低溫段（著火溫度Ti～550℃）、過渡段（550～680℃）和燃燒高溫段（680～850℃）3個階段。隨著油頁巖在混樣中所占比例的增大，失重也隨之增加，這主要是因為油頁巖中揮發(fā)份含量很大，而經(jīng)干餾后得到的半焦中所含揮發(fā)份相對較少。從環(huán)境溫度延伸到一個初始溫度（約110℃），TG曲線下滑、對應(yīng)的DTG曲線出現(xiàn)一個小峰，試樣發(fā)生微小的失重，可稱為干燥階段。同時由于油頁巖中水分含量比干餾半焦中的水分含量大，故油頁巖在干燥階段失重比其余試樣都大。在低溫段的燃燒主要是混煤中的可揮發(fā)性氣體的溢出，而在高溫段則主要是一些有機質(zhì)、固定碳以及其它難于分解物質(zhì)的燃燒過程。相對應(yīng)的DTG曲線上具有明顯的雙峰，第一個峰值高于第二個峰值，原因在于第二段反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較小，第一段起始溫度大約在250℃，終止于550℃，在380℃處達(dá)到最大值，失重率達(dá)80%；第二段反應(yīng)起始于680℃，終止于850℃，在750℃處達(dá)到最大值，失重率15%左右。整個燃燒過程可燃成分的轉(zhuǎn)化率沒有達(dá)到100%，主要是灰分將部分混煤包容，阻礙了氣體擴散至混煤反應(yīng)表面。同時隨著油頁巖對半焦比例的增加，低溫段峰值明顯增大。

同一混樣顆粒燃燼度隨升溫速率的提高而變差，這是因為：升溫速率低，顆粒燃燒時間長，有利于油頁巖顆粒的燃盡；同時升溫速率低，混樣顆粒內(nèi)外溫度梯度小，有利于揮發(fā)份的析出，當(dāng)揮發(fā)份析出后，氧氣能夠通過顆?？紫冻浞?jǐn)U散到顆粒內(nèi)部，與被灰分包裹的碳發(fā)生燃燒反應(yīng)，也對顆粒燃燼有利。同時升溫速率對混煤燃燒的低溫和高溫兩個反應(yīng)階段影響顯著，隨著升溫速率的提高，每條燃燒反應(yīng)曲線的著火溫度都明顯升高，同時峰溫均移向更高溫度，因為介質(zhì)的擴散和熱量的傳遞需要一定時間，即表現(xiàn)出一定的延遲性，所以升溫速率高使反應(yīng)后移。在高溫段的燃燒中，油頁巖半焦中活性組成減少使燃燒速率降低，同時油頁巖半焦燃燒過程中在表面逐漸形成一個灰殼，灰分含量越高，灰殼越厚?；覛さ拇嬖谟械K于氧分子的擴散，使得灰殼內(nèi)所包含的未燃燼碳粒表面的氧濃度降低。此外，灰殼還增加了空氣氣氛與未燃燼碳粒之間的傳熱熱阻，使得碳粒和空氣氣氛之間的溫差增大，對燃燒也是不利的。

三、在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用試驗

通過對油頁巖及半焦物理化學(xué)特性的研究，掌握了油頁巖特性，從而對現(xiàn)場鍋爐燃燒試驗提供理論指導(dǎo)。半焦摻燒試驗是在高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐進行，該鍋爐設(shè)計負(fù)荷為140t/h，入爐煤熱值為2400kcal/kg，主要燃燒煤種為油頁巖、煤矸石、其他次煤等，日消耗燃煤800-1000噸，為江聯(lián)重工股份有限公司2009年產(chǎn)品。首先進行半焦少量摻燒試驗，在確保鍋爐穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，逐漸加大摻燒比例，半焦所占體積比分別按照16.7%，20%，25%，33.3%進行，比例在25%以下時，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定燃燒。但由于受鍋爐結(jié)構(gòu)以及半焦水分高的限制，隨著摻燒比例的增加給煤口堵塞逐漸加重，為保證給煤的穩(wěn)定，摻燒最高比例只能到體積比33.3%。

四、效益分析

經(jīng)濟效益分析：從JG140-9.8/540-M型循環(huán)流化床鍋爐摻燒半焦試驗情況看，如半焦摻燒比例在20%，入爐煤平均熱值2706大卡/千克，入爐煤熱值單價從摻燒前的0.109元/大卡降到0.105元/大卡。按照33.3%比例摻燒半焦，噸汽標(biāo)煤成本平均下降約0.71元/噸，年節(jié)省成本（年平均運行小時數(shù)7000小時，平均負(fù)荷72t/h）0.32*120*7000=26.88萬元。每天平均多耗電1100KWH，每年可增加成本約0、5×1100/24×7000=16.04萬元，年可增加利潤42.92萬元。

社會效益分析：通過循環(huán)流化床鍋爐對油頁巖煉油半焦的處理，不但利用了半焦中儲存的殘余熱能，而且杜絕了環(huán)境污染，真正實現(xiàn)電力產(chǎn)業(yè)鏈“吃干榨凈”、減少資源浪費、杜絕環(huán)境污染的目的。油頁巖半焦的燃料試驗和技術(shù)研究，不但探索了半焦發(fā)電技術(shù)，而且成為研發(fā)以油頁巖半焦和小顆粒油頁巖作為燃料的鍋爐研發(fā)的技術(shù)支撐，為下一步最大程度進行半焦的綜合利用，為當(dāng)前油頁巖綜合利用產(chǎn)業(yè)面臨的半焦治理難環(huán)保瓶頸問題的解決提供了較好的技術(shù)探索和支持。

作者簡介

王華：山東省龍口礦業(yè)集團煤電有限公司。出生年月：1969年12月5日，女，山東龍口人，工程師，1989年畢業(yè)于山東大學(xué)熱能動力工程專業(yè)，專科學(xué)歷，主要從事電廠汽機、鍋爐專業(yè)。

參考文獻

1、【篇名】樺甸油頁巖半焦循環(huán)流化床燃燒特性研究

2、【篇名】油頁巖半焦燃燒機理與循環(huán)流化床燃燒利用

3、【名稱】油頁巖半焦廢棄物在循環(huán)流化床鍋爐中燃燒取得熱能的方法

4、【名稱】油頁巖綜合優(yōu)化利用的方法

5、【篇名】油頁巖綜合優(yōu)化利用的新方法

6、【篇名】油頁巖半焦循環(huán)流化床熱力參數(shù)分布特性

7、【篇名】油頁巖半焦循環(huán)流化床燃燒的工業(yè)實驗研究

8、【名稱】以濕油頁巖半焦為燃料的循環(huán)流化床焚燒系統(tǒng)

9、【名稱】油頁巖煉油、發(fā)電與水泥三聯(lián)產(chǎn)一體化裝置

10、【名稱】一種油頁巖集成綜合利用方法