论文总字数：25311字

摘 要

石油焦是将重质原油炼制成为轻油过程中产生的副产品。石油焦含碳量高，挥发分和灰分含量低，硫、氮元素和钒、镍等碱金属含量高，具有较高的热值。循环流化床（CFB）锅炉燃料适应性广、污染物排放低，是新一代清洁燃烧技术。采用循环流化床（CFB）锅炉燃烧高硫石油焦回收利用其热量，已经成为目前高硫石油焦的主要利用方式。

针对以石油焦为燃料的循环流化床污染物排放问题，本毕业设计在东南大学自建的6kW循环流化床实验台上开展了一系列实验，探究循环流化床燃用石油焦时SO₂、NOx、颗粒物等污染物排放特性。本次毕业设计主要通过改变一二次风比、过量空气系数等循环流化床运行参数，进而获得不同运行参数下以石油焦为燃料的循环流化床的污染物排放特性。实验结果表明：燃用石油焦时，CO排放浓度随着一次风率增加而增加；一次风率升高时，NOx排放浓度随之升高；在未添加脱硫剂情况下，当空气过量时，过量空气系数对SO₂排放浓度无明显影响；不同过量空气系数和一次风率条件下，颗粒物的分布趋势相近，过量空气系数的增加使得某些粒径范围的颗粒物质量增加，过量空气系数增加时亚微米颗粒物数量随之增加，过量空气系数和一次风率的改变不会影响PM_2.5在颗粒物总质量中的占比。

关键词：石油焦；循环流化床；污染物排放特性；

Abstract

Petroleum coke is a by-product of petroleum refining. Petroleum coke contains high carbon content, low volatile and ash content, high sulfur and nitrogen elements and vanadium, nickel and other alkaline metal content, and has higher calorific value. As a new generation of combustion technology, circulating fluidized bed boiler has strong adaptability to fuel and low pollutant emission. Circulating fluidized bed boiler has incomparable advantages in combustion and utilization of its heat. The combustion of high sulfur petroleum coke by circulating fluidized bed boiler has become the main means of using high sulfur petroleum coke.

For the emission of petcoke-fired CFB boilers, the paper carried out a series of experiments on 6kW CFB built by Southeast University to study SO₂、NOx、particulate matter and other pollutants. The paper mainly changes the primary air ratio, excess air coefficient to obtain the pollutant emission characteristics under different operating parameters. The experiment results show that when the petroleum coke is used, the CO emission concentration increases with the primary air rate; the NOx emission concentration increases with the increase of the primary air rate; When the desulfurizer is not added, the SO₂ emission concentration remains constant with the increase of excess air coefficient; the primary air ratio and excess air coefficient have little effect on the particulate matter trends; The increase in excess air coefficient increases the mass of particles in certain particle size ranges; The increase of excess air coefficient will increase the number of particles with smaller particle size; The change of excess air ratio and primary air rate will not affect the PM_2.5 particles in the proportion of the total particle mass .

KEY WORDS: Petroleum coke; CFB; pollutant emission characteristic

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2石油焦 1

1.2.1石油焦基本特性 1

1.2.2石油焦的用途 2

1.3循环流化床（CFB）锅炉技术 3

1.3.1循环流化床锅炉（CFB）典型工艺流程 3

1.3.2 循环流化床（CFB）锅炉的特点 4

1.3.3以石油焦为燃料的循环流化床（CFB）锅炉发展及现状 4

1.4研究现状 5

1.4.1 SO₂排放特性的相关研究 5

1.4.2 NOx排放特性的相关研究 5

1.4.3颗粒物排放的相关研究 6

1.5研究目的与意义 6

1.6本章小结 6

第二章 实验装置及准备 7

2.1实验样品 7

2.2实验装置及仪器 7

2.2.1 6kW循环流化床实验台 7

2.2.2烟气分析仪 8

2.2.3荷电低压冲击器（ELPI） 9

2.3实验准备 11

2.3.1确定床料的临界流化风速 11

2.3.2标定给焦速率 15

2.4本章小结 16

第三章 纯烧石油焦的循环流化床污染物排放实验研究 17

3.1实验方案 17

3.2实验结果与分析 18

3.2.1 CO排放特性 18

3.2.2 SO₂排放特性 19

3.2.3 NOx排放特性 20

3.2.4颗粒物排放特性 22

3.3本章小结 24

第四章 结论与展望 25

4.1结论 25

4.2展望 25

致 谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1引言

近年来，随着整个社会环保意识的不断加强，环境问题受到越来越多的关注与重视。党和政府更是把生态环境保护工作视为一件利国利民的大事，一项造福后代的重任。“十二五”以来，不断出台严格的环境保护法律法规，全面进行大气、水、土壤等污染的预防与治理。在2016年推出的《“十三五”生态环境保护规划》^[1] 中指出要不断加大对生态环境保护工作的投入，用最严格的环境保护制度来保护生态环境，做好大气、水、土壤等污染防治工作。

随着我国石油炼制工业的发展，作为石油炼制副产品的石油焦产量也在逐年增长。2003年至2013年间，10年中石油焦产量每年增长约10%。我国生产的石油焦中主要为低硫、中硫石油焦，高硫石油焦产量非常低，仅占石油焦总产量的18%。与此同时，我国石油焦的消费量呈现逐年上升的趋势^[2]。因此，如何在回收利用石油焦产生经济价值的同时达到较低污染排放的要求已经成为国内外众多学者的研究热点^[3]。

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