秸桿類生物質(zhì)流態(tài)化燃燒特性研究.pdf

1、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用可以有效緩解當(dāng)今人類面臨的能源與環(huán)境問題，生物質(zhì)直接燃燒是目前有望迅速實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)大規(guī)模轉(zhuǎn)化利用的技術(shù)途徑之一。我國是農(nóng)業(yè)大國，擁有豐富的秸稈類生物質(zhì)資源，開發(fā)秸稈類生物質(zhì)燃燒技術(shù)是必然的要求。然而，秸稈含有比其它生物質(zhì)更高的活潑元素-K、Cl、S，活潑元素在燃燒中易引發(fā)結(jié)渣、團(tuán)聚、沉積和高溫腐蝕等堿金屬問題，堿金屬問題是目前制約秸稈直燃技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一?？紤]到流態(tài)化燃燒技術(shù)固有的技術(shù)優(yōu)勢在秸稈直接燃燒中具有潛

2、在的價(jià)值，本文對秸稈的流態(tài)化燃燒方案和相關(guān)規(guī)律進(jìn)行了探索，對制約秸稈流態(tài)化燃燒技術(shù)發(fā)展的堿金屬相關(guān)特性進(jìn)行了多方位的研究，主要包括生物質(zhì)灰的低融特性、熔融結(jié)渣判別與緩解措施、床料團(tuán)聚規(guī)律以及活潑元素在燃燒中的轉(zhuǎn)化遷徙規(guī)律等。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴對生物質(zhì)的灰特性進(jìn)行了研究。通過研究發(fā)現(xiàn)，在表征生物質(zhì)灰特性的灰成分分析中，應(yīng)該采用低于600℃的低溫成灰以減少活潑元素的揮發(fā)損失，同時(shí)在表示堿金屬相關(guān)組成時(shí)采用堿金屬的氯化物(A

3、Cl)與氧化物(A2O)共同表示會更加合理，可以大大減少分析偏差。針對不同程度結(jié)渣灰在定量描述和橫向?qū)Ρ葧r(shí)存在的困難，通過一步成灰法和灰強(qiáng)度測試，建立了灰燒熔強(qiáng)度指數(shù)(SⅡ)的計(jì)算方法，并以此為基礎(chǔ)，按照常見秸稈的臨界結(jié)渣溫度(TSmf)對秸稈進(jìn)行了燃燒風(fēng)險(xiǎn)級別劃分。還通過向稻草和麥草木素中分別添加不同類型的添加劑，研究了添加劑對緩解生物質(zhì)灰結(jié)渣的效果與機(jī)理。
　　 ⑵通過在小型鼓泡流化床(BFB)試驗(yàn)臺上調(diào)整燃燒溫度、床料粒徑

4、、床料種類、流化數(shù)以及給料方式等研究了各參數(shù)對床料團(tuán)聚時(shí)間的影響規(guī)律。通過顯微鏡觀察團(tuán)聚顆粒發(fā)現(xiàn)，秸稈灰的黏性熔融是導(dǎo)致床料團(tuán)聚的直接原因，團(tuán)聚發(fā)生時(shí)間受燃燒溫度影響最大。通過對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，如采用低溫燃燒、小床料粒徑高流化數(shù)運(yùn)行，可以有效緩解床料團(tuán)聚的發(fā)生。通過研究床料團(tuán)聚特性，借鑒硅酸鹽的燒結(jié)機(jī)理，根據(jù)能量守恒定律、顆粒表面自由能最低原理和黏性流動傳質(zhì)機(jī)理，建立了將流態(tài)化運(yùn)行參數(shù)與顆粒黏結(jié)能量變化規(guī)律相耦合的團(tuán)聚時(shí)間計(jì)算模型

5、。通過對BFB試驗(yàn)臺團(tuán)聚試驗(yàn)工況的驗(yàn)證計(jì)算，發(fā)現(xiàn)該計(jì)算模型具有較好的理論指導(dǎo)價(jià)值。通過模型計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在低溫段(750℃以下)床料粒徑、給料量、燃料品種等對團(tuán)聚時(shí)間影響比較明顯，但在高溫段(850℃以上)其它運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整對團(tuán)聚發(fā)生時(shí)間影響很小，幾乎失效。
　　 ⑶為了進(jìn)一步了解流態(tài)化燃燒中引發(fā)堿金屬問題的活潑元素的性質(zhì)，通過稻秸稈的固定床燃燒實(shí)驗(yàn)，研究了不同溫度和停留時(shí)間下稻秸中鉀的轉(zhuǎn)化遷徙規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在700～800℃之間有

6、效鉀的轉(zhuǎn)化損失份額大幅度上升。通過20kWth循環(huán)流化床(CFB)燃燒試驗(yàn)臺進(jìn)行了21h的稻草低溫燃燒實(shí)驗(yàn)，對CFB系統(tǒng)中活潑元素在的分布進(jìn)行了測試和平衡計(jì)算，發(fā)現(xiàn)低溫流態(tài)化燃燒中床層內(nèi)的物料以及鉀元素經(jīng)過一定時(shí)間的積累后可以達(dá)到動態(tài)平衡，生物質(zhì)灰絕大部分以飛灰形式存在，且飛灰中90％以上的鉀保持了水溶性狀態(tài)；同時(shí)，通過對比燃料、飛灰和煙氣中有機(jī)硫和無機(jī)硫的比例，發(fā)現(xiàn)在秸稈流態(tài)化燃燒過程具有一定的脫硫效果。在此基礎(chǔ)上，通過中試規(guī)模CFB

7、試驗(yàn)臺對稻草進(jìn)行了低溫和高溫燃燒實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了團(tuán)聚規(guī)律實(shí)驗(yàn)以及活潑元素實(shí)驗(yàn)中得出的相關(guān)結(jié)論。
　　 ⑷針對秸稈直燃示范工程項(xiàng)目的運(yùn)行情況進(jìn)行了簡要介紹，通過運(yùn)行中后檢查發(fā)現(xiàn)，該示范工程項(xiàng)目的CFB鍋爐能夠適用于多種生物質(zhì)燃料的高效燃燒，也沒有出現(xiàn)床料團(tuán)聚問題的困擾；通過運(yùn)行后檢查發(fā)現(xiàn)，鍋爐高溫受熱面和尾部受熱面的沉積和腐蝕也比較輕，并不影響正常運(yùn)行。該示范工程的成功運(yùn)行進(jìn)一步驗(yàn)證了前期流態(tài)化燃燒試驗(yàn)中的結(jié)論，也充分說明低溫流態(tài)化燃