稻稈流化床氣化及灰渣熱物性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、生物質(zhì)在能源利用過程中能夠減少CO2的排放量，且具有低硫和低氮的特性，是環(huán)境友好的可再生能源資源。我國每年可進(jìn)行能源化利用的農(nóng)作物秸稈就超過5億噸，其中稻稈和稻殼分別可達(dá)2.4億噸和4000萬噸。隨著我國生物質(zhì)氣化能源化商業(yè)化應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，將生物質(zhì)灰渣制備建筑材料和耐溫材料，越來越受到重視。本文以稻稈、麥稈、玉米稈和稻殼這四種農(nóng)作物秸稈為原料，開展了生物質(zhì)熱物理性質(zhì)測(cè)定、灰樣制備、稻稈流化床氣化冷態(tài)和熱態(tài)試驗(yàn)、生物質(zhì)灰及稻稈氣化灰渣的

2、理化特性和灰熔性特性的實(shí)驗(yàn)研究，得出如下結(jié)論：
　　(1)稻稈、稻殼、麥稈和玉米稈等四種生物質(zhì)灰分含量存在較大差異，為3.27%～16.25％；揮發(fā)分含量為60.23％～71.93％；固定碳含量為14.65%～18.85％；與煤相比，本文選用的四種生物質(zhì)的S含量很低，但N含量偏高。
　　(2)為了提高生物質(zhì)流化床氣化的轉(zhuǎn)化率，需要對(duì)原料進(jìn)行破碎預(yù)處理，破碎預(yù)處理后的稻稈呈短纖維狀或短棒狀以及部分顆粒呈粉末狀，采用長度和粒徑可

3、更準(zhǔn)確地表征其特征尺寸。本文進(jìn)行的稻稈流化床氣化冷態(tài)試驗(yàn)研究，確定了稻稈流化床氣化的相關(guān)參數(shù)。在熱態(tài)試驗(yàn)中，選擇氣化反應(yīng)溫度分別為600℃、700℃、750℃和800℃時(shí)，相應(yīng)的稻稈氣化灰渣，其中爐底渣、旋風(fēng)分離器飛灰和噴淋塔飛灰的相對(duì)比例分別為24.53％～93.85％、3.52％～74.75％和0.72％～2.63％；隨溫度升高，旋風(fēng)分離器內(nèi)收集到的稻稈氣化飛灰逐漸減少，而爐底渣和噴淋塔飛灰逐漸增加。石英砂床料對(duì)稻稈飛灰的影響較小，

4、對(duì)爐底渣的影響較大。通過對(duì)稻稈氣化灰渣的工業(yè)分析，旋風(fēng)分離器飛灰的水分、揮發(fā)分和固定碳含量波動(dòng)較大，分別在2.18‰～21、18％，0.72％～5.16％和0.04％～10.44％之間。
　　(3)稻稈、稻殼、麥稈和玉米稈等四種生物質(zhì)灰的表觀形貌存在差異，從灰粒尺寸分布、形狀、團(tuán)聚、孔隙結(jié)構(gòu)等方面看，這些灰粒主要是由許多更小的顆粒燒結(jié)聚合而成；稻稈氣化灰渣的微觀形貌也各不相同。稻稈流化床氣化的爐底渣的灰粒呈不規(guī)則塊狀結(jié)構(gòu)，斷面較光

5、滑平整；噴淋塔飛灰的灰粒呈細(xì)小顆粒狀且分布均勻；旋風(fēng)分離器飛灰總體呈塊狀、片狀、棒狀等形貌。
　　(4)通過對(duì)灰渣試樣進(jìn)行EDS分析可知，稻稈灰和麥稈灰中的K、Na、Cl和Fe元素含量較高；玉米稈灰和麥稈灰中的Ca和Mg元素含量較高；稻稈氣化灰渣的各元素分布呈以下兩個(gè)特點(diǎn)：一是K、Na、Ca、Mg等堿/堿土元素和Cl等鹵族元素主要富集在旋風(fēng)分離器和噴淋塔中；二是Si、Al和Fe等粒徑和硬度較大的元素主要富集在氣化爐底中。通過XRD

6、分析可知，物相種類與EDS分析結(jié)果密切相關(guān)，其中均含有以SiO2為化學(xué)成分的晶相：稻稈灰及其氣化飛灰和麥稈灰中還含有KCl或K2SO4，而玉米稈灰中則以MgO和CaO為主要晶相；稻稈氣化爐底渣中的方石英受混入床料的影響，蛋白石和SiO2可部分轉(zhuǎn)化成石英或者與堿金屬生成玻璃相。
　　(5)生物質(zhì)灰渣的灰熔點(diǎn)與各成分的熔點(diǎn)和相對(duì)含量有關(guān)，稻殼灰和稻稈氣化爐底渣的灰熔點(diǎn)值較高，稻稈灰和麥稈灰的灰熔點(diǎn)值較低，DT分別在1220℃～1265

7、℃和1085℃～1145℃之間。添加氧化鋁可有效地提高生物質(zhì)灰渣的灰熔點(diǎn)，對(duì)稻稈灰、稻稈氣化爐底渣和稻稈氣化飛灰，氧化鋁的比例分別大于64.9％、50％和55％即可滿足其耐火度大于1500℃的基本要求。對(duì)于堿金屬含量較高的灰渣可采用水洗處理提高其灰熔點(diǎn)。
　　(6)稻殼灰、稻稈灰及其氣化灰渣的灰熔體類型為玻璃體渣，玉米稈灰和麥稈灰的灰熔體類型為低熔點(diǎn)的結(jié)晶渣；經(jīng)水洗處理后未能改變其灰渣類型；添加氧化鋁使得其從玻璃體渣轉(zhuǎn)變?yōu)楦呷埸c(diǎn)的