石油焦在玻璃窑炉上的应用探讨
孙保华
山东德州晶华集团振华有限公司 山东 德州 253007
摘要：本文提出了用新型环保节能燃料石油焦替代重油做为浮法玻璃窑炉的燃料，对石油焦的性能、调配、燃烧技术等进行了阐述，使用石油焦后可以为企业创造良好的经济效益。
关键词：石油焦，油焦浆，干粉，燃烧，经济分析
随着我国工业化、城镇化进程加快，特别是重化工业和交通运输的快速发展，石油消费高速增长，需要大量进口。目前，国际石油价格上涨，国内原油产量难以大幅度增加，必须大力节约降耗，发展石油替代产品。国家“十一五”十大重点节能工程之一就是节约和替代石油工程，在建材行业，鼓励有条件的地区以天然气、煤层气、水煤浆、乳化油、石油焦替代重油。在浮法玻璃行业，燃料成本约占制造成本的40％，因此，如何降低燃料消耗和寻找更低廉的替代品是浮法玻璃行业面临的重大课题。近几年，许多浮法玻璃企业进行了大量尝试和应用，如煤焦油、水煤浆、油焦浆、石油焦粉等替代重油燃烧技术不断进行开发和应用。本文重点对油焦浆和石油焦干粉的制备和应用技术进行探讨。
１石油焦性能
石油焦是延迟焦化装置的原料油在高温下裂解生产轻质油品时的副产物，呈黑色或暗灰色的坚硬固体，带有金属光泽，组分是碳氢化合物，其中含碳90～97％，含氢1.5～8％，还含有氮、氯、硫及金属化合物。低位发热量约为8200～8500kcal/kg，灰分含量小于0.5％，挥发分约为11％左右，品质接近无烟煤。
石油焦的理化性能如表1。
国内部分浮法玻璃企业已经尝试将石油焦粉、添加剂与油浆或煤焦油混合后形成油焦浆应用于浮法玻璃生产，或将石油焦粉加以少量添加剂喷入窑炉内直接燃烧，对节约能源、降低成本均起到了一定作用。
２油焦浆的性能及应用
2.1油焦浆的性能
油焦浆是由石油焦粉、重油(或煤焦油)和化学添加剂混合而成的一种浆体燃料。它具有石油一样的流动性，能泵送、雾化和着火燃烧，可替代重油、煤焦油等在工业窑炉、工业锅炉上燃烧，是近几年发展起来的新型节能环保燃料。油焦浆采用30～60％的石油焦粉、40～70％的重油(或煤焦油)和微量化学添加剂组成。根据浮法玻璃生产对燃料的要求一般选择低硫、低灰、高热值的石油焦为佳。
添加剂的主要成分为碳氢化合物，参与燃烧，不会对燃烧过程产生影响，也不会对设备产生不利影响。添加剂在油焦浆中添加量一般为O.5～l％，主要起降低粘度、分散灰分、防止结胶的作用。
油焦浆与重油(煤焦油)具有相同的流体力学性质，与原重油燃烧工艺流程可通用。油焦浆与原料重油相比粘度增高，并且随着石油焦粉添加比例的增加而增加，通过适当提高拌热温度可以降低油焦浆粘度。原料油粘度越高油焦浆粘度也高，因此降低原料油粘度是降低焦浆粘度的重要手段，生产中一般采用粘度较小的油浆或中温煤焦油做为原料油，同时添加适量的添加剂。
2.2油焦浆调配和贮存
2.2.1油焦浆调配工艺
油焦浆调配系统是核心技术，要求适应范围广泛，即可以对煤焦化系列的燃油如煤焦油进行合成，也可以对石化系列的燃油如重油进行合成。
油焦浆制备和燃烧工艺流程见图1。
2.2.2石油焦粉
石油焦粉来源一是自己购进石油焦进行加工，优点是成本相对低一些；二是购买石油焦粉。石油焦粉质量对油焦浆是否可以正常使用起着非常重要的作用，因此无论来源如何，应从以下几个方面引起注意。
石油焦粉粒度应适宜，为了确保油焦浆的雾化效果，焦粉粒度应控制在250目以上，400～600目最佳。石油焦粉制备设备的选型一定要严格，确保焦粉加工粒度。
贮存、加工、使用等环节一定要避免混入土等杂质。
为了减少机械铁的引入量，研磨体的耐磨性要高，各环节溜槽内应铺设超高分子量聚乙烯耐磨衬板。
2.2.3油焦浆的贮存
加入一定量的稳定剂后可保证油焦浆在一段时间内保持稳定性，但时间稍长容易出现离析沉淀现象，因此油焦浆贮存罐内应加设搅拌器，一般采取机械搅拌方式。
有关试验证明，油焦浆贮存一定时间后粘度会显著增加，到一定程度后不再显著变化，粘度的变化会影响正常使用效果，因此油焦浆宜现产现用，尽量减少贮存时间。
2.3油焦浆的燃烧
由于各厂采用原料油的种类不同，有的使用油浆，有的使用煤焦油，加之石油焦粉的来源也不一样，因此制成的油焦浆性质上有区别，在燃烧时需根据具体情况对工艺参数进行调整。
2.3.1燃烧试验
如果对油焦浆的性质了解不很充分，为确保使用油焦浆后对生产不会带来影响，有条件的厂家最好进行燃烧试验，在一个或几个小炉试烧成功后再改为全窑燃烧。
2.3.2新增燃烧系统
新增燃烧系统是在原系统以外另建一套输送、燃烧设施，新系统由供油泵、供油管路、回油管路、换向和燃烧控制装置、燃烧器等组成。
在窑炉前供油泵与油焦浆燃烧器之间设置在线过滤器，以防发生喷嘴堵塞现象。
供油泵可选用三螺杆泵，耐磨性好，运行平稳，调节范围大，维修方便。
专用燃烧器安装在原油枪位置，但与原系统保持相对的独立，仍然选用压缩空气作为油焦浆的雾化介质。
新燃烧系统在设计时要考虑与原燃烧系统即相互联系又相对独立，保证随时可以进行互换，以便发生问题时能够及时切换到原系统，确保生产稳定。
该方案安全性能较高，当油焦浆不能正常燃烧时可以避免发生质量事故。但是由于新增系统需要布置在小炉下，使原本狭小的空间更小，给窑炉的日常检查维护、池壁绑砖、换喷嘴砖等操作带来不便。
2.3.3利用原燃烧系统
经有关科研机构研究，发现油焦浆的燃烧特性与重油一样，都经过三个阶段。第一，油预热、蒸发、着火；第二，挥发物火焰扩散燃烧；第三，焦碳与残渣燃烧。而且油焦浆的燃烧速度与重油基本相同。另外，油焦浆的流体力学性质与重油也基本相同，因此，使用油焦浆时可以利用原供油、燃烧控制系统，有些厂家的实践证明该方案是切实可行的。
2.4油焦浆的燃烧系统设备配置(以500t／d生产线为例)，见表2。
表2
３改性石油焦粉的应用
3.1石油焦粉的制备
石油焦粉的性能和制备与2.2.2相同。
3.2改性石油焦粉的性能及应用
在石油焦粉中辅以少量添加剂后，可以提高焦粉的流态化，经在线流量计量和气力输送技术，将超细微粉连续稳定的喷射到窑炉内燃烧。在应用中一定要解决好输送的稳定性问题，避免气堵现象，从而保证窑炉内温度、压力等工艺指标的稳定。
改性石油焦粉制备和燃烧工艺流程见图2：
图2
3.3改性石油焦粉燃烧系统设备配置(以500t/d生产线为例)，见表3。
表3
４技术经济分析
以600t/d浮法玻璃生产线使用油焦浆为例进行经济分析。
用煤焦油合成油焦浆吨单位成本：见表4
表4
运行费用比较，见表5
表5
通过比较：
(1)使用油焦浆与重油相比全年可节省费用(28.8-23.54)×365=1920万元
(2)用油焦浆与煤焦油相比全年可节省费用(25.68-23.54)×365=780万元
５结论
浮法玻璃厂采用油焦浆做为燃料，可以拓宽燃料来源，抵御重油价格攀升带来的压力，还可以显著降低生产成本。
国务院《节能中长期专项规划》中明确提出要实施十大重点节能工程，其中“节约和替代石油工程中要求冶金、建材等企业实施以洁净煤、石油焦、天然气、可燃性气体为燃料的节代油改造工程。油焦浆替代重油用于浮法玻璃窑炉燃烧是典型的焦代油工程，符合国家相关鼓励政策。今后应该在使用技术上进一步探索，完善技术方案，使油焦浆或改性石油焦粉的使用效果进一步提高，以便能够在浮法玻璃行业更多的得到推广应用。
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