生物質(zhì)與煤混合燃燒過程中灰沉積特性的試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著煤炭等化石燃料的不斷消耗以及由此引起的環(huán)境問題日益突出,生物質(zhì)作為一種清潔的可再生能源,受到了世界各國(guó)的廣泛重視。在大型電站中采用生物質(zhì)與煤混合燃燒發(fā)電技術(shù),既利用了現(xiàn)有燃煤發(fā)電系統(tǒng)的巨額投資和基礎(chǔ)設(shè)施,又實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)能源的有效利用,應(yīng)用前景廣闊。但由于生物質(zhì)燃料中堿金屬和氯含量較高,在生物質(zhì)與煤混合燃燒過程中,導(dǎo)致灰熔融溫度降低,在鍋爐過熱區(qū)受熱面上易引起嚴(yán)重的積灰和結(jié)渣,危及鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,這將制約生物質(zhì)燃料的大規(guī)模利用。因

2、此研究生物質(zhì)與煤混合燃燒過程的灰沉積特性對(duì)于保證鍋爐的安全運(yùn)行以及促進(jìn)生物質(zhì)燃料的大規(guī)模利用都有著重要的意義。
　　 本文針對(duì)生物質(zhì)與煤混合燃燒過程中灰熔融特性,灰的物相組成和灰的化學(xué)組成三個(gè)方面研究了灰沉積特性。
　　 首先,利用YX-HRD灰熔融性測(cè)定儀測(cè)量了各種生物質(zhì)與煤混合燃燒灰熔融特征溫度。探討了混合比例以及堿金屬和堿土金屬等因素對(duì)灰熔融溫度的影響規(guī)律。隨著生物質(zhì)摻混比例的增加,灰熔點(diǎn)逐漸降低,積灰結(jié)渣傾向逐漸

3、增大。由于堿金屬氧化物的熔點(diǎn)較低,而堿土金屬氧化物易與SiO2結(jié)合形成低熔點(diǎn)的共晶體,因此在混燃時(shí),灰中堿金屬和堿土金屬的含量越高,SiO2/Al2O3的比值越高,灰熔融溫度越低。
　　 其次,在管式爐高溫反應(yīng)器上研究生物質(zhì)與煤混合燃燒過程中K和Cl的析出特性。生物質(zhì)和煤?jiǎn)为?dú)燃燒時(shí),K和Cl的析出特性差異較大,生物質(zhì)中的K更容易析出。K和Cl的析出量均與其在燃料中的總含量成正比。K主要以KCl(g)的形式析出,Cl同時(shí)以KCl(

4、g)、Cl2(g)、HCl(g)等多種形式析出,HCl(g)是主要析出形式。生物質(zhì)與煤混合燃燒時(shí),K和Cl的析出量均大于煤燃燒時(shí)K和Cl的析出量,但是混燃相對(duì)來說有利于減少K的析出,增加Cl的析出?；旌先紵龝r(shí)K和Cl的析出特性同時(shí)受多種因素的影響,主要探討了混合比例、燃燒溫度和燃料組成等影響因素。隨著生物質(zhì)摻混比例的增加,K和Cl的析出量逐漸增加,但K和Cl的析出量與生物質(zhì)的摻混比例之間是非線性關(guān)系。生物質(zhì)與煤混合燃燒過程中,1100℃

5、時(shí)K的析出量均小于900℃時(shí)K的析出量,Cl的析出量均大于900℃時(shí)Cl的析出量。堿金屬的析出量很大程度上取決于燃料組成,增加混合燃料中CaO的含量,促進(jìn)K的析出。
　　 利用XRD方法對(duì)生物質(zhì)與煤混燃灰的物相組成進(jìn)行研究,然后采用MDIjade5.0軟件對(duì)得到的XRD圖譜進(jìn)行定性和定量分析。結(jié)果表明生物質(zhì)灰與煤灰之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。KCl(g)與硅鋁化合物反應(yīng)生成硅鋁酸鉀,使大部分K固定在灰中;同時(shí)KCl(g)還可以與煙氣中的

6、SO2發(fā)生硫化反應(yīng)?；旌先剂现械腃aO和MgO也可以與硅鋁化合物反應(yīng)生成CaAl2Si2O8和Mg3Al2Si3O12。這些化學(xué)反應(yīng)是造成K和Cl的析出量呈非線性變化的根本原因。
　　 最后,在小型沉降爐上對(duì)生物質(zhì)與煤混合燃燒灰沉積特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。采用SEM/EDS對(duì)沉積灰的形貌和物相組成進(jìn)行了分析,并探討了灰沉積機(jī)理。結(jié)果表明,生物質(zhì)的摻混比例越大,沉積灰中團(tuán)聚和熔融程度越明顯,而且沉積灰中K和Cl的含量越高,說明積灰結(jié)渣

7、傾向越嚴(yán)重。純麥稈和玉米稈燃燒時(shí),KCl(s,s2)、K2SO4(s,s2)和K2Si4O9(liq,s)是沉積灰中的主要物質(zhì)。燃料燃燒過程中,K和Cl的行為分為兩步:揮發(fā)與冷凝捕捉。K主要以KCl(g)的形式析出,在煙氣冷卻過程中,析出的KCl(g)一部分凝結(jié)在灰顆粒表面;一部分與SO2發(fā)生硫化反應(yīng),生成K2SO4(g)或K2SO4(s,s2),還有一部分直接凝結(jié)在受熱面上。探針上的沉積灰分為內(nèi)外兩層。內(nèi)層是KCl(g)和氣溶膠顆粒在