石油焦粉在玻璃窑炉上的应用分析

1 石油焦粉的特性
石油焦是一种非极性碳氢化合物， 属于疏水 性物质， 具有多孔结构， 是炼油厂延迟焦化的产 物， 是石油家族的最末端产品， 因此它既具有石 油的物理性质， 又有石油的热工性能。 石油焦粉 是以石油焦为主要原料， 经脱水、 破碎、 除铁杂 质， 加入特制添加剂合成， 再经专用设备超细研 磨达到特定的粒度级配， 制备而成的粉末状固体。 其特性如下： 1.1 石油焦粉的化学成分
4.2 窑内断火问题 当燃烧系统输送管路出现堵塞时， 会造成窑
内断火。 此时应检查石油焦粉是否存在杂物、 混 合室喷嘴位置是否正确、 喷粉量是否过大。 4.3 火焰伸缩问题
火焰燃烧时有时会存在伸缩现象， 此时应检 查石油焦粉的粒度和水分是否合格。 粉料粒度和 水份波动对其流化状态和输送性能产生影响， 从 而影响火焰质量。 4.4 焦粉结块问题
2013 年第 11 卷
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（ DEVELOPMENT GUIDE TO BUILDING MATERIALS）
应用技术
2.1 石油焦粉的制备 石油焦粉是炼油厂延迟焦化装置在生产轻质
油品时的副产品， 根据浮法玻璃熔窑对燃料的特 殊要求， 选择低硫、 低灰， 高热值的石油焦作为 石油焦复合干粉的主要原料， 先对原焦进行改性， 再进行磨制、 混配， 是标准型配方燃料。 石油焦 脱 水 后 ， 含 水 率 降 到 5％ 以 下 ， 再 将 其 破 碎 成 5mm 及 以 下 的 颗 粒 ， 为 防 止 铁 质 材 料 进 入 原 料 ， 在破碎前后要经过电磁除铁， 为起到防潮、 防结 块、 润滑、 助燃和有助于气力输送的作用， 还要 加 入 添 加 剂 ， 经 超 细 研 磨 到 200 目 左 右 时 送 入 成 品粉仓。 整个流程要将收集过滤器、 引风机、 输 送系统有效组合， 对各个粉尘点要严格控制， 整 个生产过程负压操作， 这样可以有效避免粉尘外 溢。 2.2 石油焦粉的燃烧
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石油焦粉在玻璃窑炉上的应用分析
李丽霞， 王宙， 乔丽娜 （ 河北建材职业技术学院 秦皇岛 066004）
摘 要： 介绍了石油焦粉在玻璃熔窑上的工艺技术， 并根据石油焦粉的使用情况， 找出存在的问题， 提 出了相应的解决措施。 关键词： 石油焦粉； 玻璃熔窑； 燃料
0 引言
玻璃行业是一个高能耗行业， 玻璃熔窑是玻 璃生产线能耗最多的设备， 其中燃料成本占玻璃 成 本 的 40%左 右 。 玻 璃 熔 窑 使 用 的 传 统 燃 料 为 重 油、 煤焦油、 煤气、 天然气等。 重油热值高， 用 它作燃料， 生产的玻璃质量好， 但资源紧缺， 燃 料成本偏高； 而煤焦油、 煤气热值偏低， 燃烧往 往不稳定， 对玻璃质量会造成一定影响； 天然气 燃烧相对稳定， 但资源也相当有限。 因此用新型 能源替代传统能源势在必行， 这样既可为国家节 约宝贵的石油资源， 又可为企业降低成本、 增加 利润、 提高产品的市场竞争力。 目前中国已进入 重 化 工 时 代 ， 随 着 能 源 需 求 的 不 断 增 加 ， 仅 2005 年我国进口原油就达到 1.3 亿 t 以上， 我国自产原 油 1.8 亿 t 左 右 ， 按 原 油 提 炼 产 出 石 油 焦 3%～5% 计 算 ， 我 国 自 产 石 油 焦 1 000 万 t/年[1]左 右 。 石 油 焦粉是新近研发的非能源系列燃料， 利用石油焦 粉代替燃料油， 不但可以节约燃料运行费用， 而 且还可大大降低企业的能耗指标。
（ 1） 燃 烧 温 度 ： 石 油 焦 粉 燃 烧 能 达 1 600℃以 上（ 与重油相同） ， 燃烧温 度 是 否 稳 定 与 燃 料 质 量 、 燃料供给、 燃料雾化及输送等因素有关， 可通过 控制油量和风量进行调整。
（ 2） 助燃风量和排烟： 石油焦粉燃烧所需理论 空 气 量 为 9.65Nm3/ kg， 产 生 烟 气 量 为 11.2 Nm3/kg； 重 油 燃 烧 所 需 理 论 空 气 量 为 11.2Nm3/kg， 产 生 烟 气量为 12.1Nm3/kg。 经比较可见二者基本相当。
石 油 焦 粉 的 热 值 为 8 500～8 700kcal/kg， 其 中 挥 发 份 不 大 于 12%， 灰 分 不 大 于 0.5%， 石 油 焦 粉 燃烧主要是固定碳燃烧， 着火点高， 为 850℃及 以 上 ， 因 此 着 火 难 ； 重 油 的 热 值 为 9 500～9 600kcal/ kg， 着 火 点 为 500 ～600℃ 。 但 石 油 焦 粉 与 重 油 相 比， 燃烧的火焰黑度系数高， 辐射能力强， 所以 石油焦粉实际单耗量要比按热值计算的量要少。 1.3 石油焦粉的粒度
石 油 焦 粉 中 焦 粒 大 小 为 160～200 目 ， 不 超 过 70 ， 重 油 雾 化 后 形 成 50～80 左 右 的 油 滴 。 因 此 石 油焦粉的雾化性能会更好。
2 石油焦粉的工艺技术
目前， 作为一种应用于玻璃窑炉的新型燃料， 改性合成石油焦粉已投入使用， 石油焦粉的制备 技术、 改性合成石油焦粉在玻璃窑炉中替代重油 的各种工艺技术渐趋成熟， 工艺流程一般为： 原 焦—改 性—磨 制—配 料—储 存—流 化—喷 吹—换 向—燃烧。 石油焦粉的制备技术是首先优化筛选 出几种较为合适的添加剂， 再通过化学再合成， 制备出浓度较高、 粘度较小的石油焦粉； 石油焦 粉的燃烧技术是结合玻璃窑的要求， 将具有一定 粒度的石油焦粉， 采用特殊气力输送设备将其与 压缩空气按一定比例混合成流态化的固—气两相 流体， 再通过管道喷吹， 喷入窑炉并燃烧， 针对 玻璃窑炉的特点， 通过大量的冷、 热态试验证明， 研制的改性合成石油焦粉流动性和燃烧特性良好， 完全适合在玻璃窑炉中燃烧使用。
反应气体的初始浓度成反比， 其他参数为经验常 数， 因此燃烬率的关键点在于焦粉的粒度和配送。 2.3 石油焦粉的输送
将焦粉送入炉内的送粉系统是采用螺旋气体 输送的方式， 从而达到控制火焰长度、 刚性、 不 同区域的空气需求和炉内气氛等目的， 使石油焦 粉在各种不同情况下有效稳定地燃烧， 以保证玻 璃质量不受影响。 输送设备详见图 1 和图 2：
改性合成石油焦粉是一种固体颗粒燃料， 其 燃烧过程由气力输送、 雾化喷粉、 焦粉与高温助 燃空气混合吸热、 挥发份挥发燃烧、 碳粉颗粒燃 烧、 燃烬 6 个阶段。 石油焦粉由特制的输送系统 送至燃烧器， 合理配风后， 以良好雾化的高速紊 流进入窑炉， 在与高温助燃空气混合时， 受到炉 内辐射和对流受热， 被迅速加热至着火点， 焦粒 中的挥发分逸出并燃烧， 而后焦粒表面强烈燃烧， 放出大量的热。 控制石油焦粉燃烧主要从以下几 个方面着手：
石油焦粉和重油的燃烧相比， 虽然焦粉的燃 烧的稳定性、 着火和燃烬等问题已通过改进得到 控制， 但是为了保证玻璃质量的稳定性， 控制好 玻璃氧化还原性的稳定是关键。 因此在使用石油 焦 粉 的 过 程 中 ， 要 定 期 检 测 玻 璃 中 Fe2+/ Fe3+的 比 例 和 玻 璃 中 SO3 含 量 ； 同 时 要 加 强 烟 气 成 分 的 检 测， 及时调整玻璃配合料的碳粉含率， 确保玻璃氧 化还原性的稳定， 进而控制好玻璃微气泡的数量。
石 油 焦 粉 的 碳 含 量 约 87%～89%左 右 ， 氢 、 氧 占 5%， 添加剂占 1%， 其它元素含量占 0.5%。 硫
含 量 在 0.5%～3%之 间 ， 水 分 在 1%以 内 。 重 油 的 碳含量约占 85%～87%左右， 氢 占 10%， 石 油 焦 粉 和重油的碳氢元素十分接近 ， 故热值比较接近[2]。 1.2 石油焦粉的燃烧特性
选用符合石油焦粉燃烧特性与喷嘴砖孔径配 套的燃烧器， 使用时直接安装在原重油枪架上， 无须对喷嘴砖进行改造。 3.2 燃烧温度
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2013 年第 4 期
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李丽霞： 石油焦粉在玻璃窑炉上的应用分析
石 油 焦 粉 燃 烧 火 焰 温 度 可 达 1 680～1 700℃之 间 ， 燃 烧 稳 定 ， 形 状 可 调 ， 燃 烧 1.1～1.2t 石 油 焦 粉 与 1t 重 油 热 值 相 当 ， 可 提 供 玻 璃 熔 化 所 需 的 热 量， 完全满足了玻璃熔化的需要。 3.3 火焰情况
石油焦粉的热值与重油接近， 使用石油焦粉 燃烧系统所需要的助燃空气量与重油基本相当， 石油焦干粉在进入喷枪之前已 被 充 分 雾 化 ， 500t/d 的炉窑一般耗气量为 10～20m3/min。 3.5 熔化质量
由于石油焦粉各项成份、 指标均与重油类似， 不会对玻璃液产生污染， 对玻璃质量无不利影响。
在石油焦粉储运过程中会出现水分迁移和结 块现象， 粉料水份大， 会导致结块， 因此， 应根 据窑炉工况来调节相关参数。 4.5 石油焦粉质量不稳问题
石油焦粉的制备质量往往不够稳定， 为确保 熔化工艺的相对稳定， 应尽量稳定某一产地的供 应， 对不同产地石油焦粉要做到分段供应。 为保 证石油焦粉的制备和输送的稳定性， 建议参考煤 粉制备和输送方式， 设计适合玻璃熔窑实际工作 环境的石油焦粉制备和输送系统。 4.6 燃烧器改进问题
（ 3） 焦粉的粒度 ： 在 石 油 焦 粉 的 燃 烧 过 程 中 ， 需要特别关注的是石油焦粉在窑炉内的燃烬率问 题。 燃烬率主要是由以下两方面决定， 其一是燃 料在炉内的停留时间， 它由燃料颗粒在炉内的运 行速度决定， 其二是燃烧总时间， 它包括改性合 成焦粉燃烧的 6 个阶段， 其中碳粒燃烬过程起主 导作用， 燃烧时间与碳粒半径的平方成正比， 与
应用于玻璃熔窑的石油焦粉专用燃烧器可参 考多通道煤粉燃烧器的结构进一步改进， 也可参 考国内外对无烟煤燃烧器的开发经验， 同时根据 燃料燃烧特性优化其结构参数。
除以上问题外， 石油焦粉燃烧产生的有害气 体二氧化硫和氮氧化物的脱除问题、 燃料的稳定 供应和储备等问题均需考虑。 4.7 工艺方面需要注意的问题
图 1 石油焦粉气力输送系统
图 2 磨机后石油焦粉的输送系统
3 石油焦粉在玻璃熔窑上的应用