喀土穆炼油厂石油焦发电项目大气污染物排放特性研究

喀土穆炼油厂石油焦发电项目大气污染物排放特性研究关键词：喀土穆炼油厂，石油焦，CFB燃烧，循环流化床，大气污染物排放1.喀土穆炼油厂石油焦的基本特性苏丹喀土穆炼油厂石油焦的主要特点是挥发份低、含硫量低、含碳量高、热值高，易破碎，基本无灰分，含有钒、镍等重金属和钾、钠等碱金属，多孔隙结构，属海绵焦。与我国大庆油田的石油焦相近。2.石油焦在循环流化床锅炉中燃烧大气污染物排放特性实验2.1试验台此实验采用西北电力有限公司的1MWthCFBC试验台，该试验台运行控制系统与实际的CFB锅炉较为相似，此锅炉主床净高度23.10米，接近CFB锅炉实际工况的炉膛的高度。所以在该试验台上试验的结果应该能够比较真实地反映苏丹喀土穆的石油焦在实际锅炉中的燃烧的工况，通过测量烟气中SO2、NOx等大气污染物排放值进行准确的记录与系统的分析。2.2烟气成分分析系统1MWthCFBC试验台采用在线烟气分析系统，本系统的烟气分析仪包括NGA2000、BINOS1004、PMA-10等。可以对烟气中的O2、CO2、CO、SO2、NO2、NO、N2O等气体成份进行在线测量。2.3试验台试烧工况实际试烧试验工况与编号T=880℃Ca/S=0焦沙比=7:3T=900℃Ca/S=0焦沙比7:3T=930℃Ca/S=0焦沙比=7:3T=880℃Ca/S=0焦沙比=8:2T=900℃Ca/S=0焦沙比=8:2T=930℃Ca/S=0焦沙比=8:2T=930℃Ca/S=0焦沙比=9:1T=900℃Ca/S=0焦沙比=9:1T=880℃Ca/S=0焦沙比=9:1T=930℃Ca/S=0焦沙比=9:1T=900℃Ca/S=0焦沙比=9:1T=930℃Ca/S=2.0焦沙比=9:13.石油焦在CFB锅炉中燃烧大气污染物排放特性总结3.1SO2的排放燃料灰中一般含有一定的CaO成分，这部分CaO对燃料燃烧生成的SO2有一定脱硫能力，燃料中的硫有一部分是以硫酸盐等高度稳定的在流化床燃烧温度下不能分解的形式存在，另外燃料灰中还有诸多多孔介质一类对SO2有一定吸附作用，因此SO2的实际排放浓度低于以全硫计算的理论排放浓度，这种现象称为燃料的自脱硫。定义燃料自身钙硫摩尔比Ks，self为：式中，CaO为煤灰中CaO质量百分含量（％）。石油焦的CaO含量为26.35%，自身钙硫摩尔比（Ks，self）分别为2.19，相对较高。燃料的自身钙硫摩尔比与燃料的灰份、CaO含量和硫含量有关。已有的试验燃料试烧结果证明：Ks，self较高燃料的自脱硫效率一般较高，具体数值还需通过具体的试烧确定。总之，在不投脱硫剂(石灰石或石灰)条件下，SO2的实际排放浓度低于以全硫计算的SO2理论排放浓度。应当说明的是，试验中添加石灰的钙硫摩尔比(Ca/S)定义为所掺入石灰与燃料含硫量（全硫）的摩尔比例，不考虑煤自身的钙硫摩尔比(Ks，self)，也不考虑煤中不可燃硫的因素，加入石灰后的脱硫效率，是包含由自脱硫效应引起的CFB锅炉的总脱硫效率。为了对不同煤的自脱硫效率和石灰石脱硫效率有一个比较，通常假定煤的全硫全部生成SO2，这样脱硫效率ηs可定义为：其中，SO2是折算到6%O2干烟气条件下实测的SO2浓度，Vgy是1kg燃料在过量空气系数为1.4（6%O2）条件下的干烟气量。试验用苏丹石油焦的全硫为0.30%，属于极低硫燃料。灰成分中CaO含量较高为26.35%，自身钙硫摩尔比（Ks，self）为2.19，较高。试烧试验测得混合燃料在900℃，石油焦含量为90%时的自脱硫效率为78.14%，SO2排放浓度为37.64ppm（标，6%O2）。当温度靠近880℃，自脱硫效率还能进一步提高，如混合燃料在880℃，石油焦含量为10％时的自脱硫效率为78.83%。由于河沙中的CaO含量极低，对混合燃料的自身钙硫摩尔比基本没有影响，因此添加河沙对混合燃料的自脱硫效率没有明显的影响。由于石油焦含硫极低，燃烧排放的SO2本身就保持在一个较低的水平，脱硫剂的加入，对减少SO2排放的影响不大。燃烧温度在860℃～890℃时达到最高的脱硫效率（如图3-1、3-2所示），温度的变化对SO2排放和脱硫效率也有着重要影响，所以在实际的锅炉设计时应考虑的因素，选择合适的运行温度，既能保证燃烧效率，又可以节约运行成本，降低环境污染。通过以上的分析可以看出，此石油焦混合燃料采用CFB燃烧方式，在不添加石灰石的情况下，烟气中SO2排放能达到中国行业标准和美国标准的环保要求水平，因此可以节省去烟气脱硫设备的投资。3.2NOx的排放NOx（NO和NO2）的排放主要为NO的排放。影响NO排放的主要因素为：煤质特性；床温；过量空气系数；石灰的加入。通常的规律为：NO随着过量空气系数和床温升高而增加；石油焦混合燃料中的氮存在焦碳、挥发份中，焦碳中的氮随着焦碳的燃烧会逐步释放，而挥发份之中氮最终以N2、NOx和N2O的形式释放，无烟煤焦碳氮生成NO的比例相比挥发份中的氮生成的NO的比例更高；通过石灰的加入，会通过CO的催化作用使NO比例减小，同时石灰对NH3生成NO与煤的热解起到了催化剂的作用；总体通过数据分析可以看出加入石灰对NO排放影响大小不尽同。试验混合燃料第一次试验各个工况（工况1~12）NOx排放最高为932.11mg/m3(标，6%O2，其时，石油焦含量90%，床温930℃，Ca/S=2.0)，最低为614.63mg/m3(标，6%O2，其时，石油焦含量90%，床温900℃，飞灰再燃)。石油焦含量90%的混合燃料燃烧NOx排放浓度随温度的变化如图所示。由图可知随着温度的增加NOx的生成量呈上升的趋势，因此在保证锅炉效率的同时要控制CFB锅炉的运行温度，从而达到减少NOx排放的目的。最低稳燃工况燃烧温度750℃时，实测NOx排放浓度为1118.12mg/Nm3，排放浓度较高，分析认为，最低稳燃工况过渡时间较短，炉内燃烧状况极其不稳定，受燃料给入量、一、二次风配比等诸多因素的影响，NOx排放较高。试验结果表明，苏丹石油焦采用CFB方式燃烧时，NOx排放浓度很高。分析认为，石油焦中较高的氮含量及石油焦的燃料特性可能是导致NOx排放浓度高的主要原因。当然NOx排放浓度的大小还与过量空气系数，一、二次风的配比等因素有关。N2O随着温度的升高其排放量减少，图3-4所示为石油焦含量90%的混合燃料N2O排放浓度随温度的变化规律，在930℃时排放值为138.33mg/Nm3(标，6%O2)，在880℃时，排放达到225.23mg/Nm3(标，6%O2)。3.3CO的排放试验混合燃料，CO的排放在10.29ppm-95.93ppm之间，随炉膛温度、过量空气系数等因素的不同而变化。通过数据分析得出的规律为：随着炉膛温度的增加、氧量的增加CO的排放逐渐降低，这说明炉内的燃烧更完全，可以更大程度的减少q3损失，更有利于飞灰的燃尽。结束语通过燃烧实验对排放烟气的大气污染物进行系统的分析与研究