喀土穆煉油廠石油焦發電項目大氣污染物排放特性研究關鍵詞：喀土穆煉油廠，石油焦，CFB燃燒，循環流化床，大氣污染物排放1.喀土穆煉油廠石油焦的基本特性蘇丹喀土穆煉油廠石油焦的主要特點是揮發份低、含硫量低、含碳量高、熱值高，易破碎，基本無灰分，含有釩、鎳等重金屬和鉀、鈉等堿金屬，多孔隙結構，屬海綿焦。與我國大慶油田的石油焦相近。2.石油焦在循環流化床鍋爐中燃燒大氣污染物排放特性實驗2.1試驗臺此實驗采用西北電力有限公司的1MWthCFBC試驗臺，該試驗臺運行控制系統與實際的CFB鍋爐較為相似，此鍋爐主床凈高度23.10米，接近CFB鍋爐實際工況的爐膛的高度。所以在該試驗臺上試驗的結果應該能夠比較真實地反映蘇丹喀土穆的石油焦在實際鍋爐中的燃燒的工況，通過測量煙氣中SO2、NOx等大氣污染物排放值進行準確的記錄與系統的分析。2.2煙氣成分分析系統1MWthCFBC試驗臺采用在線煙氣分析系統，本系統的煙氣分析儀包括NGA2000、BINOS1004、PMA-10等。可以對煙氣中的O2、CO2、CO、SO2、NO2、NO、N2O等氣體成份進行在線測量。2.3試驗臺試燒工況實際試燒試驗工況與編號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鍋爐中燃燒大氣污染物排放特性總結3.1SO2的排放燃料灰中一般含有一定的CaO成分，這部分CaO對燃料燃燒生成的SO2有一定脫硫能力，燃料中的硫有一部分是以硫酸鹽等高度穩定的在流化床燃燒溫度下不能分解的形式存在，另外燃料灰中還有諸多多孔介質一類對SO2有一定吸附作用，因此SO2的實際排放濃度低于以全硫計算的理論排放濃度，這種現象稱為燃料的自脫硫。定義燃料自身鈣硫摩爾比Ks，self為：式中，CaO為煤灰中CaO質量百分含量（％）。石油焦的CaO含量為26.35%，自身鈣硫摩爾比（Ks，self）分別為2.19，相對較高。燃料的自身鈣硫摩爾比與燃料的灰份、CaO含量和硫含量有關。已有的試驗燃料試燒結果證明：Ks，self較高燃料的自脫硫效率一般較高，具體數值還需通過具體的試燒確定。總之，在不投脫硫劑(石灰石或石灰)條件下，SO2的實際排放濃度低于以全硫計算的SO2理論排放濃度。應當說明的是，試驗中添加石灰的鈣硫摩爾比(Ca/S)定義為所摻入石灰與燃料含硫量（全硫）的摩爾比例，不考慮煤自身的鈣硫摩爾比(Ks，self)，也不考慮煤中不可燃硫的因素，加入石灰后的脫硫效率，是包含由自脫硫效應引起的CFB鍋爐的總脫硫效率。為了對不同煤的自脫硫效率和石灰石脫硫效率有一個比較，通常假定煤的全硫全部生成SO2，這樣脫硫效率ηs可定義為：其中，SO2是折算到6%O2干煙氣條件下實測的SO2濃度，Vgy是1kg燃料在過量空氣系數為1.4（6%O2）條件下的干煙氣量。試驗用蘇丹石油焦的全硫為0.30%，屬于極低硫燃料。灰成分中CaO含量較高為26.35%，自身鈣硫摩爾比（Ks，self）為2.19，較高。試燒試驗測得混合燃料在900℃，石油焦含量為90%時的自脫硫效率為78.14%，SO2排放濃度為37.64ppm（標，6%O2）。當溫度靠近880℃，自脫硫效率還能進一步提高，如混合燃料在880℃，石油焦含量為10％時的自脫硫效率為78.83%。由于河沙中的CaO含量極低，對混合燃料的自身鈣硫摩爾比基本沒有影響，因此添加河沙對混合燃料的自脫硫效率沒有明顯的影響。由于石油焦含硫極低，燃燒排放的SO2本身就保持在一個較低的水平，脫硫劑的加入，對減少SO2排放的影響不大。燃燒溫度在860℃～890℃時達到最高的脫硫效率（如圖3-1、3-2所示），溫度的變化對SO2排放和脫硫效率也有著重要影響，所以在實際的鍋爐設計時應考慮的因素，選擇合適的運行溫度，既能保證燃燒效率，又可以節約運行成本，降低環境污染。通過以上的分析可以看出，此石油焦混合燃料采用CFB燃燒方式，在不添加石灰石的情況下，煙氣中SO2排放能達到中國行業標準和美國標準的環保要求水平，因此可以節省去煙氣脫硫設備的投資。3.2NOx的排放NOx（NO和NO2）的排放主要為NO的排放。影響NO排放的主要因素為：煤質特性；床溫；過量空氣系數；石灰的加入。通常的規律為：NO隨著過量空氣系數和床溫升高而增加；石油焦混合燃料中的氮存在焦碳、揮發份中，焦碳中的氮隨著焦碳的燃燒會逐步釋放，而揮發份之中氮最終以N2、NOx和N2O的形式釋放，無煙煤焦碳氮生成NO的比例相比揮發份中的氮生成的NO的比例更高；通過石灰的加入，會通過CO的催化作用使NO比例減小，同時石灰對NH3生成NO與煤的熱解起到了催化劑的作用；總體通過數據分析可以看出加入石灰對NO排放影響大小不盡同。試驗混合燃料第一次試驗各個工況（工況1~12）NOx排放最高為932.11mg/m3(標，6%O2，其時，石油焦含量90%，床溫930℃，Ca/S=2.0)，最低為614.63mg/m3(標，6%O2，其時，石油焦含量90%，床溫900℃，飛灰再燃)。石油焦含量90%的混合燃料燃燒NOx排放濃度隨溫度的變化如圖所示。由圖可知隨著溫度的增加NOx的生成量呈上升的趨勢，因此在保證鍋爐效率的同時要控制CFB鍋爐的運行溫度，從而達到減少NOx排放的目的。最低穩燃工況燃燒溫度750℃時，實測NOx排放濃度為1118.12mg/Nm3，排放濃度較高，分析認為，最低穩燃工況過渡時間較短，爐內燃燒狀況極其不穩定，受燃料給入量、一、二次風配比等諸多因素的影響，NOx排放較高。試驗結果表明，蘇丹石油焦采用CFB方式燃燒時，NOx排放濃度很高。分析認為，石油焦中較高的氮含量及石油焦的燃料特性可能是導致NOx排放濃度高的主要原因。當然NOx排放濃度的大小還與過量空氣系數，一、二次風的配比等因素有關。N2O隨著溫度的升高其排放量減少，圖3-4所示為石油焦含量90%的混合燃料N2O排放濃度隨溫度的變化規律，在930℃時排放值為138.33mg/Nm3(標，6%O2)，在880℃時，排放達到225.23mg/Nm3(標，6%O2)。3.3CO的排放試驗混合燃料，CO的排放在10.29ppm-95.93ppm之間，隨爐膛溫度、過量空氣系數等因素的不同而變化。通過數據分析得出的規律為：隨著爐膛溫度的增加、氧量的增加CO的排放逐漸降低，這說明爐內的燃燒更完全，可以更大程度的減少q3損失，更有利于飛灰的燃盡。結束語通過燃燒實驗對排放煙氣的大氣污染物進行系統的分析與研究