石油焦用作耐火材料高温窑燃料的探索
- 发布人：管理员
- 发布时间：2009-06-11
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摘 要 在分析耐火材料高温窑使用的各种传统燃料特点的基础上 ,探索了一种新型燃料 ---石油焦用于高
温隧道窑的可行性 ,认为经加工处理后的石油焦具有燃烧温度高、灰分低的特点 ,完全可以满足烧成耐火材料
用高温窑的需要。
关键词 耐火制品 ,烧成 ,高温窑 ,燃料 ,石油焦 ,水焦浆
耐火材料制品大部分需要用高温窑烧制 ,其烧成温度从 1 200～1 800 ℃不等 ,烧成所用的燃料包括煤、电、煤气、天然气、重油等 ,根据窑体使用温度的不同 ,选择不同的燃料。随着国际范围内能源危机的出现 ,各种天然的燃料价格先后出现了不同程度的上涨 ,给耐火材料生产带来了不同程度的困难 ,尤其是需要高温 1 700 ℃以上 烧成的耐火材料 ,由于大部分燃料的热值不能满足高温的需要 ,目前用于烧成此类耐火制品的高温窑用燃料普遍采用重油 ,但随着石油工业的飞速发展 ,特别是石油加工技术的进步 ,重油产量逐年降低 ,重油价格在相当一段时间内呈上升趋势 。因此 ,开发低成本的高温窑燃料 ,成为目前耐火材料生产的新课题 ,具有非常重要的经济意义和社会意义 。
1 耐火材料炉窑用传统燃料的特点
耐火材料炉窑目前所用的传统燃料主要包括以下几种:
1 煤。煤是自然界可开采的廉价的天然燃料 ,其可燃成分主要是碳和氢 ,热值在 24 000 kJ·kg 左右 ,可分为烟煤和无烟煤等。我国含有丰富的煤炭资源 ,主要集中在我国的北方地区 ,如内蒙古、山东、山西、河北、辽宁、黑龙江、新疆等。
2 焦炭。焦炭是将不同的天然煤炭按一定配比混合后 ,经焦化装置处理后的高性能燃料。相对于煤炭而言 ,其灰分经处理后更低 ,热值有所提高 ,在25 000 kJ·kg 左右。
3 气体燃料。主要包括天然气及各种煤气。气体燃料输送方便 ,控制和计量比较准确 ,燃烧装置简单 ,燃烧效率高。但根据我国的资源条件 ,不可能普遍使用天然气。而高炉煤气发热值较低 ,不能满足高温窑炉的需要。目前高温窑炉主要以焦炉煤气为主 ,个别的也采用发生炉煤气。
4 重油。重油是原油加工提炼后的产物 ,其发热值高达 38 000～42 000 kJ·kg ,是耐火材料行业高温炉窑理想的燃料。
目前 ,由于石化行业技术的不断进步 ,原油加工后的重油产量逐步降低 ,同时随着世界范围内石油资源的下降 ,可用于燃料的重油无法满足市场的需要 ,价格一再上升 ,直接影响到耐火材料企业的经济效益。因此 ,开发廉价的新型高温燃料代替重油成为耐火材料行业当前迫切的课题。
2 高温窑的新型燃料---水焦浆
2. 1 石油焦的特点及其作为燃料的可行性石油焦是由延迟焦化装置产生的残余物渣油提炼
的黑色固体粉末。其真密度约为 2. 13～2. 8 g·cm ,外观形状和煤相似。石油焦的合格品和煤相比,普遍具有灰分含量低 一般仅为 0. 1%～0. 3%,质量分数,下同 、碳含量高 约 90% 、含水量低 <3% 、发热值高 34 000～39 000 kJ·kg 等特点。其燃烧热值与重油的接近,是替代重油的良好燃料 。
当然 ,石油焦作为燃料也有不足之处 ,其最大问题是挥发分的含量很低 ,约 10%,而煤的一般在 20%～40%;这就要求必须将其研磨成足够小的焦粒才能达到满意的燃烧效果。水泥窑和锅炉均要求石油焦中 90%的焦粒能通过 0. 074 mm的筛孔;而对于多数烟煤而言 ,通过率只需达 65%～85%即可。从目前情况看 ,石油焦进入燃料市场已基本具备了条件。因为: 1 近年来 ,全世界石油焦生产企业每年过剩大量石油焦 ,有待寻找更多的应用领域; 2 随
着我国加工进口原油比例的日趋提高 ,目前我国高硫石油焦的产量已占有相当比例 ,而其价格与煤炭的已相当接近 ,低于重油的 ,有很大的利润空间。
2. 2 石油焦燃料燃烧技术 ---水焦浆
由于石油焦的挥发分较低,若直接使用 ,还存在一定的问题。燃烧重油的高温窑 ,其燃料一般是通过喷枪直接喷入窑内 ,因此 ,作为燃料的石油焦同样必须具备重油所具有的特点。借鉴水煤浆的生产工艺 ,将石油焦制成浆体是最有效的方法。水焦浆的生产包括细磨、制浆、运输、雾化、燃烧等环节 ,其中细磨和制浆是制成水焦浆的关键 ,包括制浆工艺 ,稳定剂、分散剂的选择和加入 ,水焦浆的流变性能 ,水焦浆的剪切搅拌 ,以及水焦浆在管道内的流动特性等。
2. 2. 1 水焦浆的生产水焦浆与水煤浆有相同之处 ,同时又有所不同。根据石油焦挥发分低的特点 ,为了提高其燃烧性能 ,可采用两种方法:一是细磨;二是提高其挥发分。在制浆过程中 ,粒度分布是决定水焦浆浓度和流动性的重要因素。为了生产一种合适的水焦浆 ,要求石油焦颗粒中各粒径的含量要有一定的分布 ,使大颗粒间的空隙为细颗粒所填充 ,细颗粒间空隙又能为更细的颗粒所填充 ,以减少空隙所耗的水。根据水煤浆生产的工艺,水焦浆的制浆一般有干法制浆和湿法制浆两类 具体见图 1 。干法制浆工艺是将石油焦破碎后直接细磨,之后添加水和分散剂混合,最后添加稳定剂而制成水焦浆;湿法制浆是将石油焦破碎后,添加水和分散剂一起细磨搅拌而形成水焦浆。由于石油焦的特点及球磨的特点,干法制浆只能将其磨到 0. 088～0. 074mm,无法使其更细化。而湿法制浆是将石油焦和水及分散剂一起共磨,在水的作用下,可将石油焦磨至 0. 01mm以下,更能适合水焦浆的生产。因此,建议水焦浆的制浆生产首选湿法制浆工艺.
2. 2. 2 水焦浆的使用
水焦浆的使用性能包括稳定性、运输、燃烧等 ,向浆体内添加分散剂和稳定剂可以解决其稳定性和运输性。根据燃烧计算 ,水焦浆用于高温窑炉是可行的。
3 结论
水焦浆用于耐火材料高温窑取代重油作燃料,从理论上讲是完全可能的 ,但有些具体的技术问题还有待于进一步研究。由于石油焦的挥发分低 ,要降低其在燃烧时的着火温度 ,则必须降低颗粒的粒度 ,建议控制在 0. 02mm以下;空气预热温度对水焦浆的使用有明显的影响 ,较高的空气预热温度有利于水焦浆在高温窑炉上的使用;水焦浆的浓度越高 ,燃烧温度越高。
温隧道窑的可行性 ,认为经加工处理后的石油焦具有燃烧温度高、灰分低的特点 ,完全可以满足烧成耐火材料
用高温窑的需要。
关键词 耐火制品 ,烧成 ,高温窑 ,燃料 ,石油焦 ,水焦浆
耐火材料制品大部分需要用高温窑烧制 ,其烧成温度从 1 200～1 800 ℃不等 ,烧成所用的燃料包括煤、电、煤气、天然气、重油等 ,根据窑体使用温度的不同 ,选择不同的燃料。随着国际范围内能源危机的出现 ,各种天然的燃料价格先后出现了不同程度的上涨 ,给耐火材料生产带来了不同程度的困难 ,尤其是需要高温 1 700 ℃以上 烧成的耐火材料 ,由于大部分燃料的热值不能满足高温的需要 ,目前用于烧成此类耐火制品的高温窑用燃料普遍采用重油 ,但随着石油工业的飞速发展 ,特别是石油加工技术的进步 ,重油产量逐年降低 ,重油价格在相当一段时间内呈上升趋势 。因此 ,开发低成本的高温窑燃料 ,成为目前耐火材料生产的新课题 ,具有非常重要的经济意义和社会意义 。
1 耐火材料炉窑用传统燃料的特点
耐火材料炉窑目前所用的传统燃料主要包括以下几种:
1 煤。煤是自然界可开采的廉价的天然燃料 ,其可燃成分主要是碳和氢 ,热值在 24 000 kJ·kg 左右 ,可分为烟煤和无烟煤等。我国含有丰富的煤炭资源 ,主要集中在我国的北方地区 ,如内蒙古、山东、山西、河北、辽宁、黑龙江、新疆等。
2 焦炭。焦炭是将不同的天然煤炭按一定配比混合后 ,经焦化装置处理后的高性能燃料。相对于煤炭而言 ,其灰分经处理后更低 ,热值有所提高 ,在25 000 kJ·kg 左右。
3 气体燃料。主要包括天然气及各种煤气。气体燃料输送方便 ,控制和计量比较准确 ,燃烧装置简单 ,燃烧效率高。但根据我国的资源条件 ,不可能普遍使用天然气。而高炉煤气发热值较低 ,不能满足高温窑炉的需要。目前高温窑炉主要以焦炉煤气为主 ,个别的也采用发生炉煤气。
4 重油。重油是原油加工提炼后的产物 ,其发热值高达 38 000～42 000 kJ·kg ,是耐火材料行业高温炉窑理想的燃料。
目前 ,由于石化行业技术的不断进步 ,原油加工后的重油产量逐步降低 ,同时随着世界范围内石油资源的下降 ,可用于燃料的重油无法满足市场的需要 ,价格一再上升 ,直接影响到耐火材料企业的经济效益。因此 ,开发廉价的新型高温燃料代替重油成为耐火材料行业当前迫切的课题。
2 高温窑的新型燃料---水焦浆
2. 1 石油焦的特点及其作为燃料的可行性石油焦是由延迟焦化装置产生的残余物渣油提炼
的黑色固体粉末。其真密度约为 2. 13～2. 8 g·cm ,外观形状和煤相似。石油焦的合格品和煤相比,普遍具有灰分含量低 一般仅为 0. 1%～0. 3%,质量分数,下同 、碳含量高 约 90% 、含水量低 <3% 、发热值高 34 000～39 000 kJ·kg 等特点。其燃烧热值与重油的接近,是替代重油的良好燃料 。
当然 ,石油焦作为燃料也有不足之处 ,其最大问题是挥发分的含量很低 ,约 10%,而煤的一般在 20%～40%;这就要求必须将其研磨成足够小的焦粒才能达到满意的燃烧效果。水泥窑和锅炉均要求石油焦中 90%的焦粒能通过 0. 074 mm的筛孔;而对于多数烟煤而言 ,通过率只需达 65%～85%即可。从目前情况看 ,石油焦进入燃料市场已基本具备了条件。因为: 1 近年来 ,全世界石油焦生产企业每年过剩大量石油焦 ,有待寻找更多的应用领域; 2 随
着我国加工进口原油比例的日趋提高 ,目前我国高硫石油焦的产量已占有相当比例 ,而其价格与煤炭的已相当接近 ,低于重油的 ,有很大的利润空间。
2. 2 石油焦燃料燃烧技术 ---水焦浆
由于石油焦的挥发分较低,若直接使用 ,还存在一定的问题。燃烧重油的高温窑 ,其燃料一般是通过喷枪直接喷入窑内 ,因此 ,作为燃料的石油焦同样必须具备重油所具有的特点。借鉴水煤浆的生产工艺 ,将石油焦制成浆体是最有效的方法。水焦浆的生产包括细磨、制浆、运输、雾化、燃烧等环节 ,其中细磨和制浆是制成水焦浆的关键 ,包括制浆工艺 ,稳定剂、分散剂的选择和加入 ,水焦浆的流变性能 ,水焦浆的剪切搅拌 ,以及水焦浆在管道内的流动特性等。
2. 2. 1 水焦浆的生产水焦浆与水煤浆有相同之处 ,同时又有所不同。根据石油焦挥发分低的特点 ,为了提高其燃烧性能 ,可采用两种方法:一是细磨;二是提高其挥发分。在制浆过程中 ,粒度分布是决定水焦浆浓度和流动性的重要因素。为了生产一种合适的水焦浆 ,要求石油焦颗粒中各粒径的含量要有一定的分布 ,使大颗粒间的空隙为细颗粒所填充 ,细颗粒间空隙又能为更细的颗粒所填充 ,以减少空隙所耗的水。根据水煤浆生产的工艺,水焦浆的制浆一般有干法制浆和湿法制浆两类 具体见图 1 。干法制浆工艺是将石油焦破碎后直接细磨,之后添加水和分散剂混合,最后添加稳定剂而制成水焦浆;湿法制浆是将石油焦破碎后,添加水和分散剂一起细磨搅拌而形成水焦浆。由于石油焦的特点及球磨的特点,干法制浆只能将其磨到 0. 088～0. 074mm,无法使其更细化。而湿法制浆是将石油焦和水及分散剂一起共磨,在水的作用下,可将石油焦磨至 0. 01mm以下,更能适合水焦浆的生产。因此,建议水焦浆的制浆生产首选湿法制浆工艺.
2. 2. 2 水焦浆的使用
水焦浆的使用性能包括稳定性、运输、燃烧等 ,向浆体内添加分散剂和稳定剂可以解决其稳定性和运输性。根据燃烧计算 ,水焦浆用于高温窑炉是可行的。
3 结论
水焦浆用于耐火材料高温窑取代重油作燃料,从理论上讲是完全可能的 ,但有些具体的技术问题还有待于进一步研究。由于石油焦的挥发分低 ,要降低其在燃烧时的着火温度 ,则必须降低颗粒的粒度 ,建议控制在 0. 02mm以下;空气预热温度对水焦浆的使用有明显的影响 ,较高的空气预热温度有利于水焦浆在高温窑炉上的使用;水焦浆的浓度越高 ,燃烧温度越高。
