生物质与煤共气化过程中混合灰熔融特性的研究

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随着能源安全与环境污染问题的日益突出,可再生绿色清洁能源成为了新的发展趋势。生物质能由于具有环境污染小、发展潜力大、资源分布广等优点,越来越受到人们关注。生物质流化床气化技术是生物质高效洁净利用的技术之一,但生物质单独气化时会遇到诸如难以流化、流化不稳定、床层温度低、原料供应波动等问题,限制了其大规模的推广应用,而最有效的解决方法就是生物质与煤共气化。在共气化过程中灰的熔融特性直接关系到气化炉的设计、操作条件优化和稳定运行,因此对共气化过程中生物质与煤混合灰熔融特性的研究尤为重要,而生物质与煤混合比例、熔融气氛、灰组成、灰中残炭是影响灰熔融特性的主要因素。因此,本文对灰熔聚流化床生物质与煤共气化过程得到的飞灰、床料和排渣的熔融特性进行了分析;在此基础上,针对性地考察了高钾生物质(吉林玉米秸秆)燃烧灰对不同煤种(霍林河褐煤、新疆准东次烟煤和乌海烟煤)燃烧灰熔融特性的影响;并以山东松木屑燃烧灰与乌海烟煤燃烧灰为原料,研究了混合比例、熔融气氛、灰组成、灰中残炭等对混合灰熔融特性的影响。  主要结论如下:  (1)灰熔聚流化床气化炉不同区域灰样熔融特性分析:飞灰、床料及排渣的灰熔融特征温度相近,且床料中钾元素含量最高,钾元素促进白榴石(KAlSi2O6)的生成是气化炉结渣的主要原因。  (2)灰熔聚流化床共气化操作条件对灰样熔融特性的影响:灰样熔融特征温度不随气化操作压力的增加而变化,但随原料配比的增加呈现先降低后升高的趋势,当吉林玉米秸秆与霍林河褐煤配比为1∶1时,灰样的熔融特征温度最低(变形温度为1080℃)。  (3)高钾生物质灰对不同煤种灰熔融特性的影响:霍林河褐煤、准东次烟煤、乌海烟煤三种不同煤种燃烧灰的熔融特征温度随高钾吉林玉米秸秆灰(秸秆灰)的加入呈现不同的变化趋势。秸秆灰的加入导致钾长石(KAlSi3O8)和白榴石(KAlSi2O6)等低温共熔物的生成,从而使含硅、铝较高的霍林河煤和乌海煤灰熔融特征温度降低;而秸秆灰中富含的石英(SiO2),导致含铁、硫较高的准东煤灰熔融特征温度升高。  (4)残炭对混合灰熔融特性的影响:残炭含量增加能促进Fe-C共熔体(FexCy)的生成,导致混合灰的熔融特征温度升高,而灰锥内部还原性气氛的形成,使得混合灰的熔融特征温度开始下降。此外,灰中残炭含量较高时,残炭的“骨架”作用会使混合灰的熔融特征温度升高。
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