石油焦是炼油工艺的副产品。具有低灰分、低挥发分、高硫、高热值等特点，由于着火与燃烧比较困难，且含有可能造成腐蚀、沾污的无机元素，属于劣质固体燃料。随着世界原油的重质化、劣质化和原油深度加工的发展，石油焦产量不断上升，经济、高效和清洁地利用石油焦，特别是将石油焦作为替代燃料己成为一个广受关注的课题。
在众多利用方案中，循环流化床煤焦混烧技术可以实现石油焦稳定、高效燃烧并有能力满足SO2、NOx排放指标；采用混烧工艺带来的灰稀释效应又可以有效解决CFB锅炉纯烧石油焦时可能存在的聚团、结渣、腐蚀等问题；另外，通过和煤混烧还可显著改善循环床内部床料的粒径分布特征，保证足够的循环物料量，对于锅炉高效燃烧、稳定运行十分有利。目前阶段，利用循环流化床与煤混和燃烧处理石油焦技术的优越性已经得到了国内外专家和技术人员的广泛认同。
为了处理利用企业在石化生产中每年产生的28万t高硫石油焦，上海石化热电总厂从芬兰福斯特惠勒公司引进了两台310t/h石油焦混烧循环流化床锅炉，设计燃料焦煤比3:1。由于燃烧石油焦的CFB锅炉的发展还处于比较初级的阶段，特别是在国内，循环流化床中石油焦与煤的混烧机组主要依靠引进，有关燃烧特性等的基础研
究还很薄弱，且缺乏足够的运行经验积累。在上海石化项目中，由于福斯特惠勒公司对于石油焦和煤混合燃烧CFB锅炉设计尚属首次，也存在一些不足和问题，引进的两台锅炉在2002年2月投运后虽能维持稳定运行，但也暴露出飞灰含碳量高、冷渣器出力不足、满足SO，排放要求时C a/S比偏高等问题。为了达到高效、稳定、环保的运行，需要对锅炉的燃烧运行特性有深入透彻的了解，只有掌握了锅炉的运行规律，才能着手摸索优化运行的途径并为今后设备改造和完善提供依据。为此，组织了锅炉运行特性试验研究，以了解该锅炉一般运行特点以及负荷、燃料、风量变化时对锅炉运行经济性的影响。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
1、锅炉概况
锅炉总体布置见图l，为典型的原芬兰奥斯龙技术的“Pyroflow循环流化床锅炉”，炉膛内布置有水冷屏和屏式过热器，水冷型布风板，采用汽冷旋风分离器，配风冷式选择性冷渣器。
该锅炉设计燃料为石油焦和煤混合燃料，设计的焦、煤混合比例为3:1，焦、煤比例允许适用范围
2、试验研究
上海石化的这两台循环流化床锅炉为了适应生产需求必须变化混烧焦煤的比例，但是石油焦和煤的燃烧特性存在巨大的差异，两种原料的粒径分布、在床内的破碎特性、燃烧速度和在稀密相区的燃烧份额都不相同；另外为了避免高硫石油焦入炉造成的硫氧化物排放超标，必须添加相应的石灰石进行炉内脱硫，加入的石灰石会在一定程度上影响床内的热量平衡、灰平衡以及物料循环。这些都是锅炉运行稳定性和经济性的重要影响因素。考虑到CFB锅炉设计中燃料特性的重要性，焦煤比的变化将会引起燃烧匹配条件、燃烧状况、炉内各部分的传热以及物料循环等发生变化，与之相对应，锅炉运行的经济性也会随之变化。为了掌握这种变化的规律，本试验结合相关理论计算，开展了不同煤焦混合配比燃料、不同负荷、不同布风情况以及床温床压等运行参数变化对锅炉运行经济性影响的实验研究。
2.1测量内容和方法
为了准确评估经济性，锅炉热效率计算采用GB10184 - 88简化方法进行，并增加石灰石煅烧和盐化引起的热损失，考虑到本次试验只是用于工况间相对比较，仅作入口风温修正。实验期间在集控室利用DCS系统采集的数据有：汽水系统的主蒸汽流量、压力、温度、给水流量、压力、温度、减温水流量；烟风系统的床压、床温、风箱压力、空预器入口一二次风温、风量、炉膛出口烟温和省煤器后烟道压力等；给料和排渣系统的给石灰石、给焦、给煤量、排渣量和渣温等。就地测量的数据主要有空预器进出口氧气成分（9106型烟气分析仪）、排烟温度和飞灰、炉渣、原煤和石油焦的采样分析。
2.2煤焦比变化试验
鉴于煤焦混合比对于锅炉的运行有相当大的影响，参考设计焦、煤混合燃料的可适用范围和现运行实际使用情况，改变焦、煤混合比例，了解锅炉在不同混合比例工况运行方式下对经济性的影响，在现场试验条件允许的前提下，焦、煤比变化工况安排为1：0（纯焦工况）、5:1、3:1和2:1。工况参数如表3所示，试验结果如图2所示。
由表3数据可知，从工况l到工况4，锅炉负荷基本维持不变，焦煤比从2:1逐渐升高，直到1:0。由于受到冷渣器出力不足的限制，高硫石油焦入炉量增加的时候钙硫比额定值偏低不少，大致维持在0.6~0.8的水平，虽然各工况石灰石投入量有所不同，但尽可能做到总灰分即燃料灰分和石灰石形成的灰分总和相一致，以增加各工况之间的横向可比性。由图2可以看到，随着焦煤比例偏离设计工况，锅炉热效率出现显著下降，特别是焦煤比增加的情况下，锅炉效率由设计工况的90. 11%降低到纯烧焦时的88. 72%，热效率降低1.39%；在焦煤比例减小到2：1时，锅炉热效率也低了1. 26%。根据图2中的排烟热损失q：和固体未完全燃烧损失q。的变化趋势看，q。在不同焦煤比工况中的变化显然是锅炉效率变化的主要原因。飞灰、炉渣含碳量的分析结果表明，焦量投运比例过高时，对固体半焦颗粒的燃烬不利，这主要是由于焦的挥发分低、粒径细、不容易燃烬而且也不易被分离器捕获，而过高的石油焦掺混份额大大增加了这部分细焦粒的量。煤焦比小于额定工况时，q。的增加可能是由于煤比石油焦更易留存于密相区，随着煤在炉内份额增加，密相区的含碳量增加，底渣排放造成的热损失增加。实验结果说明石油焦混烧锅炉由于石油焦和煤在燃烧特性上的差别，存在最佳混烧份额。这个最佳点取决于密相区含碳量以及稀相区中含碳细颗粒的份额和分离器对颗粒的捕集效率。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
2.3配风方案变化试验
锅炉总风量和一二次风分配份额的变化影响着锅炉排烟烟气量以及炉内燃烧状况，为此通过变化空预器进口烟气氧量（改变总风量）以及改变一二次风配比，在理解布风方案对锅炉热效率的影响机理的基础上，探索合理的燃烧配风方式。表4给出了一次风量变化的两组工况对照实验结果。
表4中的工况l和2是310t/h满负荷条件下进行变氧量（总风量）工况，试验中维持焦煤比、一次风量、床温、床层压降等重要参数的恒定，通过二次风量的变化，使总风量即氧量改变。两个试验工况的氧量分别为3. 944%和4.7%。经过热损失和锅炉效率计算得到锅炉效率”分别列于表4中。由试验结果可分析，虽然工况2中二次风的增加使总风量增加，但由于一次风量不变，燃烧初期的风量不变，炉内燃料的燃烧充分性没有改变，使燃烬程度不变，也就是qa基本维持不变，但由于总风量的增加使排烟热损失增加，降低了锅炉热效率。这说明在这个工况范围里，循环流化床锅炉二次风量的增加对燃料的充分燃烧没有明显的影响。要降低固体未完全燃烧损失，提高锅炉经济性，可能需要从提高温度水平、改善分离器效率和物料循环、增加焦颗粒在高温区的停留时间方面着手。工况3和4与工况l、2的运行条件较相近，仅床压设定较低，由3、4工况试验结果的对照也可以得到相同的结论，即在一次风量相同的条件下，二次风量的增加对q。损失没有影响，但锅炉热效率都由于q的增加而减少。另外对照工况2和4可知，在相近的总风量和一次风量下，床压的变化对锅炉热效率的影响较小，并且高床压时飞灰含碳量高，炉渣含碳量低。
在总风量水平基本一致的条件下提高一次风率，如表4中5、6工况所示，第6工况的一次风率比第5工况高，q。损失也低，总的热效率相应提高，两种工况下，q。分别为9. 20%、8.79%，n分别为87. 90%、88. 30%。试验工况中虽然一次风率提高使床温略有下降，但是使底渣和飞灰含碳量降低。一方面说明提高了密相区燃料颗粒的燃烧速度，另一方面也说明二次风在炉内的混合不如一次风好。从燃烧角度看，在该工况条件下二次风比率增加是不利于燃烧的。当然，二次风的主要作用在于控制NOx排放和降低风机电耗，所以具体运行中还需要综合考虑这两个因素，设置合理的比例。
2.4变负荷试验
相同的燃烧状况下，通过改变运行出力，可了解负荷变化对锅炉的适应性以及对锅炉热效率的变化特性。受运行条件限制，负荷变化安排为100%负荷(310t/h)和75%负荷(235t/h)。
工况l、2和工况3、4分别为不同焦煤比混合燃料下，二组变负荷工况试验，试验结果表明和预想的一样，两个组中100%工况时锅炉热效率比相应的75%负荷分别高了1.56%和1.63%，锅炉在低负荷时热效率降低明显。根据飞灰和底渣含碳量的分析数据，效率较低的主要原因是飞灰含碳量在低负荷时显著增加，这与低负荷运行时较低的炉内温度水平、较低的烟气流速、较低的物料循环倍率和旋风分离器的对细颗粒的分离效率下降都有直接的关系。
3、结 论
通过在上海石化310t/h的循环流化床石油焦混烧锅炉上进行的运行特性试验研究，探索了该类型锅炉在改变燃料掺混比例、配风方案以及锅炉负荷条件下对运行经济性的影响。
试验发现，由于石油焦和煤具有不同的燃烧特性，不同的燃料组合下，随着石油焦的比例过高或过低，都会不利于燃料燃烬，增加固体未完全燃烧损失，降低锅炉热效率，特别是石油焦掺混比过高时，由于其挥发分低、粒径细，在分离器中分离效率不高，不易充分燃烬，会造成飞灰含碳量居高不下。
在相同的总风量下，改变一次风率对炉内燃烧有一定的影响，一次风率高，飞灰含碳量低，对燃料燃烬更有利，而二次风的改变对燃烬和锅炉效率的影响不大。这说明试验工况下，密相区的燃烧接近扩散控制，而稀相区更有可能处于动力燃烧状态。如果在一次风量维持不变的条件下增加二次风量，不但对焦粒子的燃烬没有帮助，还会增加排烟热损失，降低锅炉热效率。
锅炉负荷对锅炉运行的经济性影响很大。试验表明低负荷运行时，较低的炉内温度水平、较低的烟气流速、较低的物料循环倍率和旋风分离器对细颗粒的分离效率下降，会大大增加飞灰含碳量，从而降低锅炉热效率。
