孙键-循环流化床锅炉在油页岩工业中的应用(三亚会议)201103

中国油页岩工业与新型循环流化床锅炉

孙键东北电力大学2011年3月主要内容一.世界和中国急需发展油页岩工业二.油页岩工业现状剖析三.油页岩工业可持续发展的新思路和新模式四.新型CFB锅炉一.世界和中国急需发展油页岩工业1.1世界和中国能源现状与发展趋势a、世界能源现状与发展趋势2005年：能源消费总量114.34亿t（标准油、下同），其中化石燃料占81%（石油35%，天然气20.7%，煤炭25.3%），比1973年的61.38亿t增加了52.96亿吨，即年均增加1.655亿t（年增率2%）。预测2030年：能源消费总量177.2亿t，即比2005年增加了62.86亿t（年均增加2.515亿t），其中化石燃料占82%（石油32%，天然气22%，煤炭28%）。一.世界和中国急需发展油页岩工业2005年世界探明储量：原煤909064百万t、原油163600百万t、天然气179.83万亿m3；按2005年消费量计算，三者使用年限约为：煤炭310年、原油43年、天然气65年。因此，几十年后人类首先面临石油资源枯竭问题。人类必须设法寻求替补能源！一.世界和中国急需发展油页岩工业b、中国能源现状与发展趋势年份能源生产总量（万吨标准煤）能源消费总量（万吨标准煤）能源生产比上年增长（%）能源消费比上年增长（%）国内生产总值（亿元）生产总值比上年增长（%）19786277057144

3645.2

19806373560275

4545.612.0198585546766829.98.19016.025.11990103922987032.21.818667.89.919951290341311768.76.960793.726.219991259351338311.41.289677.16.320011374451431196.63.4109655.210.520021438101517974.66.0120332.79.7200316384217499013.915.3135822.812.9200418734120322714.316.1159878.317.720052058762246829.910.6183867.915.020062210562462707.49.6210871.014.720072370002655837.27.8257306.022.020082600002850009.77.3300670.016.920092750003068005.87.6335353.011.520102960003250007.65.9397983.018.7表1-1我国的能源生产与消费一.世界和中国急需发展油页岩工业1.2油页岩是石油、天然气和煤炭的最现实可用的替补能源

1989年探明储量315.67亿t，其中吉林省占56%；在最近一轮的资源普查中，查明资源量7199亿t、折页岩油476亿t，其中吉林省约2500亿t。a、我国油页岩资源十分丰富：一.世界和中国急需发展油页岩工业油页岩干馏炼油燃烧发电、供热地上干馏地下干馏

b、油页岩工业的两大行业发展方向：用于干馏炼油和直接燃烧发电，已有多年商业运用经验，有成熟的技术和装备可用。

二.油页岩工业现状剖析2.1油页岩干馏炼油

油页岩所含的油母质不溶于一般有机溶剂，因此只能用热加工的方法才能转化为页岩油。此种方法称为低温干馏，也称低温热解或热分解。地上干馏炼油技术的主要设备是干馏炉，分为块状页岩（8~120mm）和颗粒页岩（0~25mm）两种。块状页岩干馏技术主要以国外巴西Petrosix技术和国内抚顺式干馏技术为代表。颗粒油页岩干馏炉以爱沙尼亚UTT-3000型干馏工艺为代表。二.油页岩工业现状剖析图2-1抚顺式干馏技术生产工艺流程2.1.1块状页岩干馏技术a、抚顺式干馏技术二.油页岩工业现状剖析1、抚顺式干馏炉的突出优点是：结构、系统简单；造价低；建设期短；运行操作方便，安全可靠，年运行天数在330天以上；尤其适用于低品位(含油率5~7%)油页岩。2、抚顺式干馏炉存在下列急待解决的一些问题：（1）入厂页岩经破碎后，只有10~75mm块页岩入干馏炉炼油，10mm以下碎屑页岩占入厂页岩总量的20~25%被舍弃；即页岩利用率只有75~80%；（2）块页岩入炉炼油，油收率低(60~65%)，油损失大(35~40%)；二.油页岩工业现状剖析（3）副产品剩余煤气发热值低(3140kJ/Nm3)，过去也作为废气排放，造成一部分热损失，现已用于燃气机发电；（4）为保证干馏热量，炉底部送入饱和主风，使半焦燃烧放热；但燃烧不完全，使生成的灰渣发热值不高不低，颜色发黑，又经水浸后排出，难以利用，热损失较大(占页岩发热值的20~30%)；（5）单台炉日处理页岩量小，难以大型化；（6）废气、废水、废渣对环境污染严重。二.油页岩工业现状剖析图2-2巴西Petrosix干馏技术生产工艺流程b、巴西Petrosix干馏技术二.油页岩工业现状剖析1、巴西Petrosix干馏炉与抚顺式干馏炉的主要区别：底部不送饱和主风，而送低温循环煤气，没有半焦燃烧反应，因而也就不适用低含油率油页岩。2、巴西Petrosix干馏炉与抚顺式干馏炉相比其突出优点是：（1）油收率高达85~90%，油损小(10~15%)；（2）副产品为高热值煤气和液化气，用途广泛，经济效益高；（3）单台炉日处理页岩量达6000t，可大型化。此外，该炉型年运行天数可达330天以上，也是世界上可用率较高的。二.油页岩工业现状剖析

c、两种块状油页岩干馏炉存在的问题如下：（1）8mm以下的小颗粒（占页岩总量的20%左右）不能参与干馏，而作为废弃物舍弃，页岩利用率低（80%左右）；（2）所排出的干馏渣（半焦）尚具有400~1200kcal/kg的发热值，约占油页岩发热值的30~40%，热损失巨大；（3）半焦和小颗粒油页岩处理不当，造成环境污染。二.油页岩工业现状剖析油页岩矿原油页岩颗粒油页岩0~25mm破碎、筛分装置喷泉床干燥炉旋风分离器废热锅炉干油页岩高温烟气滚筒式干馏炉半焦与热载体灰喷泉床燃烧炉烟气+热载体灰旋风分离器二级旋风分离器热载体灰热烟气蒸汽，去电厂发电热灰冷灰，水力排灰至灰场风机给水热风水泵电除尘器烟囱废气（水蒸气、页岩粉）干馏气处理系统干馏气煤气页岩油污水排烟灰冷却器页岩粉灰图2-3GaloterUTT-3000干馏炉设备工艺2.1.2颗粒页岩干馏技术——UTT-3000干馏工艺二.油页岩工业现状剖析1、UTT-3000型干馏炉的主要技术经济指标：日加工油页岩量3000吨，油收率85~90%，页岩利用率100%；且废热锅炉产汽，可以用于发电。因此，它整体性能优于巴西Petrosix技术。2、UTT-3000型干馏炉存在的主要问题为：（1）喷动床燃烧炉燃烧效率低，灰渣含碳量高；（2）废热循环尚没有投入正常运行，热损失大。二.油页岩工业现状剖析2.2油页岩燃烧发电图2-4油页岩燃烧技术的发展1、油页岩燃烧技术的发展二.油页岩工业现状剖析（1）1967年广东茂名石油公司1×14.5t/hFB（2）1985年广东茂名石油公司2×35t/hFB（3）1996年吉林省桦甸市油页岩热电厂3×65t/h低倍率CFB油页岩电站锅炉（4）2007年广东省遂溪县吉诚电力有限公司1台煤粉炉改造为65t/h高低差速CFB锅炉（5）江西江联能源环保公司130t/hCFB油页岩电站锅炉研制成功2、油页岩流化床与循环流化床燃烧发电经历：三.油页岩工业可持续发展的新思路和新模式3、油页岩工业可持续发展的新思路和新生产模式——“油页岩综合利用集成技术与循环经济”的技术经济路线

：（1）基本思路：将油页岩既作为能源转化为页岩油和煤气、电力和热能，又作为资源转化为建筑材料和其他材料，实现无固体废物排放的全面综合利用——“吃干榨尽”；（2）工艺技术：以原干馏炼油技术为基础，引入新型CFB锅炉发电技术，将干馏炼油过程和CFB燃烧发电过程相结合，实现油页岩先干馏炼油，之后利用干馏炼油的废弃物为燃料、采用新型CFB锅炉燃烧发电，而燃烧后的灰渣全部送入灰渣利用厂制作建筑材料和其他材料——无固体废物排放；（3）企业结构：将油页岩矿、干馏炼油厂、CFB锅炉发电厂和灰渣利用厂组成一个链带式联合企业——油页岩循环经济——生态工业园。图3-1给出了该技术的模型和生产工艺流程。三.油页岩工业可持续发展的新思路和新模式图3-1块状页岩综合利用集成技术模型与生产工艺流程三.油页岩工业可持续发展的新思路和新模式

值得特别指出的是：在这个联合企业中，原有属于四个行业的油页岩矿、干馏炼油厂、CFB锅炉发电厂和灰渣利用厂，不是机械式的串联在一起，而是通过集成技术和关键技术有机地结合在一起，相辅相成，缺一不可。在这个联合企业中，不强调某一环节的最优化，而追求整体上效率最高、经济效益最大、污染最小。其中，新型CFB锅炉是核心、关键技术——起承上启下作用。三.油页岩工业可持续发展的新思路和新模式4、颗粒页岩干馏炉的油页岩综合利用集成技术与循环经济模型：在原有GaloterUTT-3000型干馏设备工艺流程基础上，取消了干馏系统中的喷泉床干燥器、喷泉床燃烧炉、热灰冷却器和废热锅炉，增设了新型CFB锅炉（自带冷渣器）及配套的汽轮发电机组所组成的发电厂，以及灰渣综合利用厂。图3-2给出了适用于Galoter干馏炉的油页岩综合利用集成技术与循环经济模型。三.油页岩工业可持续发展的新思路和新模式

油页岩矿原油页岩颗粒油页岩0~25mm破碎、筛分装置新型滚筒式干馏炉旋风分离器干馏炼油厂煤气污水（油泥）干馏气热载体灰高温烟气和细灰高温烟气和灰半焦与热载体灰给水灰渣综合利用厂建材（水泥、砖、砌块、陶粒）筑路材料土壤改良剂肥料特种材料（白炭黑，Al2O3）其他原料引风机排烟至烟囱电除尘器排烟细灰风机冷风高压蒸汽电力高温烟气和灰汽轮发电机组热灰渣空气灰图3-2适用于Galoter干馏炉的油页岩综合利用集成技术模型与循环经济流程冷灰渣油页岩矿油页岩循环流化床燃烧发电、供热厂灰渣综合利用厂冷渣器热风.冷凝回收系统四.新型CFB锅炉

它不是常规意义的CFB锅炉，不可套用燃煤CFB锅炉的结构。因为，对我国绝大多数中低品位的油页岩而言，其干馏半焦发热值很低（2000~3400kJ/kg）、挥发份更低（＜5％），而抚顺式干馏炉的灰渣发热值更低（1250~2300kJ/kg）、采用常规CFB技术是难以着火，稳定燃烧利用的；而只能采用特殊的技术工艺措施才能予以燃烧利用。故此，称这种锅炉为新型CFB锅炉。东北电力大学经过几年的科技攻关，已经掌握了这种新型的CFB锅炉的理论与设计。1、油页岩循环流化床燃烧锅炉不同于常规锅炉：四.新型CFB锅炉一是承上，即保证干馏炼油厂的废弃物稳定燃烧发电、“变废为宝”；二是启下，即保证燃烧后的灰渣具有含碳量低、色泽好、活性高，符合灰渣利用厂制做建材和其他材料等综合利用要求；三是要向干馏炉提供热载体，并向油页岩矿、干馏厂、灰渣利用厂供热；四是使干馏炉废气、油泥等焚烧，减轻污染。2、“油页岩综合利用集成技术与循环经济”技术模式中，新型CFB锅炉起“承上启下”关键作用：四.新型CFB锅炉

从功能上分析：新型CFB锅炉不仅仅是发电锅炉，而且是灰渣综合利用的焙烧炉、干馏炉和联合企业的热源炉，废弃物的焚烧炉。由此可见，它不同于前面所述油页岩电厂的常规CFB锅炉，而是具有多功能的新型CFB锅炉。从技术上分析：使用的燃料不是单一的油页岩，而是油页岩干馏的废弃物，废弃物中的半焦（巴西炉）和干馏渣（抚顺炉）是比油页岩更低质的“劣质燃料”。从结构上分析：较为复杂，一是因为燃料品质更差，受热面和体积增大；二是由于向干馏炉提供热载体，必须增设相应装置，而且必须考虑与干馏炉的结合。3、新型CFB锅炉功能、技术、结构分析：某油页岩干馏炼油公司应用集成技术前、后技术经济分析一、公司概况1、现有40台抚顺式炉，单台炉日处理油页岩130t/d(设计100t/d）年运行300天（d）、7200小时（h）；炉投运率90%；油收率60%2、油页岩：发热值Qnet.ar=957kcal/kg，含油率5.17%，灰分75.73%，水分5.91%3、油页岩矿：年产175万t/a，其中块（10~100mm）140万t/a（80%）入炼油厂，颗粒（0~10mm）35万t/a（20%），废弃4、炼油厂：1）入炉块页岩140万t/a；2）油产量43428t/a，发热值10000kcal/kg；3）剩余瓦斯产量86760t/a，发热值750kcal/kg；4）干馏炉渣产量109×104t/a，发热值300kcal/kg；5）各种损失17.98×104t/a。二、公司现有物料、热平衡及产值利润1、物料平衡：油页岩：总量175万t/a，块140万t/a，颗粒页岩35万t/a页岩油：43428t/a；剩余瓦斯86760t/a；干馏炉渣109万t/a；损失17.98万t/a某油页岩干馏炼油公司应用集成技术前、后技术经济分析2、热效率：页岩油25.93%；剩余瓦斯3.89%；合计29.82%3、年产值、利润：1）油页岩矿：成本55元/t，售价70元/t；总产值12250万元/a，总利润2625万元/a2）炼油厂：a、页岩油：页岩成本2821元/t油、其他成本900元/t油、合计3721元/t油年总产值（油单价5000元/t）21714万元/a；年利润：5554.444万元/ab、剩余瓦斯：86760t/a、用于发电，不计成本；发电1859万kw.h/a产值（利润）：892万元/a（上网电价0.48元/kw.h）二厂合计：年产值34856万元/a；年利润9071万元/a三、采用集成技术后（增设CFB锅炉发电厂）颗粒页岩和干馏渣合计发电机组功率26268kw，年发电量18912.96万k