DOC《生物质灰分熔融粘结预测方法研究》

生物质灰分熔融粘结预测方法研究 080403215陆群健 1生物质能 1.

1生物质来源 我国生物质原料主要来自农林产业,分布遍及全国各自然生态区,有草、灌、乔,淀粉、糖、木质纤维素等,所以发展生物质能产业,应当走原料与产品的多元化道路.根据我国国情,生物质资源开发应以有机废弃物和利用边际性土地种植的能源植物作为其原料主要来源.[1] 1.2生物质能利用的优点 在生物质的各种利用转化途径中,生物质燃烧技术无疑是目前适合我国国情的、生物质大规模高效洁净利用途径中最成熟、最简便可行的方式之一,在不需对现有燃烧设备作较大改动的情况下即可获得很好的燃烧效果,其推广应用对于推动我国生物质能利用技术的发展、保护环境与改善生态、提高农民生活水平等具有重要的作用.[2] 2生物质灰熔融粘结问题 2.1生物质结渣危害 生物质原料中无机元素(包括 K,Na,Cl,S,Ca,Si,P 等)含量较高,导致了生物质固体成型燃料在热化学转化利用过程中出现结渣现象,结渣发生时, 床内流态化会被破坏, 随着渣块的进一步形成与增加, 可能引起整个床的流态化停滞, 导致设备停止运转, 造成严重的经济损失,不仅对燃烧设备的热性能造成影响,而且危及燃烧设备安全,成为阻碍生物质固体成型燃料推广应用的主要因素.[3] 2.2生物质结渣的原因 在生物质燃烧过程中,一个很重要的问题就是积灰结渣.积灰是指温度低于灰熔点的灰粒在受热面上的沉积,多发生在锅炉对流受热面上.结渣主要是由烟气中夹带的熔化或半熔化的灰粒接触到受热面凝结下来,并在受热面上不断生长、积聚而成,多发生在炉内辐射受热面上.积灰结渣是个复杂的物理化学过程,也是一个非常复杂的气固多相湍流输运问题.积灰结渣特性除了与燃料本身的特性有关外,还与锅炉设计和锅炉的运行条件等因素有关. 2.3积灰结渣过程 积灰结渣过程主要是生物质中的灰分在燃烧过程中的形态变化和输送作用的结果,也就是灰粒沉积的过程.影响灰粒沉积主要有四个方面:热迁移、惯性撞击、凝结、化学反应.这也可以分为与固体颗粒有关的因素(热迁移和惯性撞击)以及与气体有关的因素(凝结和化学反应).灰粒在管壁上沉积可以分为两个不同的过程:一个为初始沉积层的形成过程.初始沉积层由挥发性灰组分在受热面的壁面上冷凝和微小颗粒的热迁移沉积共同作用而形成.初始沉积层中的碱金属类和碱土金属类硫酸盐含量较高,并与管壁金属反应生成低熔点化合物,强化了微小颗粒与壁面的粘接;

另一个是较大灰粒在惯性力作用下撞击到管壁的初始沉积层上,当初始沉积层具有粘性时,它能捕获惯性力输送的灰颗粒,并使渣层厚度迅速增加.由于初始沉积层主要是由挥发性灰组分的冷凝而引起,因而从工程角度考虑,很难防止初始沉积层的形成,不过初始沉积层的厚度较薄,它并不会对锅炉的安全运行构成威胁.造成积灰结渣迅速增加,并对锅炉安全经济运行构成威胁的主要因素是惯性沉积.[4] 2.4灰熔点对对锅炉的影响 煤的灰熔点是用四个特征温度表示的,他们分别为变形温度、软化温度、半球温度和流动温度.工业上一般以煤灰的软化温度t2作为衡量其熔融性的主要指标.灰熔点对锅炉工作有较大的影响.灰熔点低容易引起受热面结渣.熔化的灰渣会把未燃尽的焦炭裹住而妨碍继续燃烧,甚至会堵塞炉排的通风孔隙而使燃烧恶化. 2.5国内外对结渣的研究 床内结渣随着燃料中挥发碱金属含量的增加而增加, 并可能因为系统不同而有所不同, 而且床内的局部还原气氛、局部高压以及熔融产物的出现会促进床内的结渣..目前, 国内对于流化床结渣的研究, 大多是在锅炉的运行过程中出现了结渣问题之后, 再从燃料的特性、锅炉的运行条件方面寻找原因和制定应对措施, 由于缺乏对结渣深层特性的探讨, 因而难以实现标本兼治的效果.国外流化床结渣的研究起步较早, 生物质流化床结渣的研究也比较深入, 进行过专门的受控流化床的结渣试验, 不仅研究了燃料、床料、添加剂和外部运行条件等因素对结渣的影响, 还研究了渣样本身的性质.[5] 2.6国内外预测灰熔点方法研究概况 姚星