生物质流化床燃烧床料粘结特性实验研究

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为了满足我国生物能源需求现状,直接燃烧生物质发电是最简易可行的方法。流态化燃烧方式具有燃料适应性广、燃烧效率高、低排放等优点,在众多生物质燃烧技术中是最有发展潜力的。然而,生物质的流化特性与传统燃煤相比具有较大的差异,从而影响炉膛内的温度场分布,燃烧状况。此外,生物质燃料的高碱含量使生物质在燃烧过程中容易发生床料粘结、聚团,引起床层失流。因此,研究生物质流化特性,流态化燃烧中床料粘结特性,对解决工程应用中出现的问题具有指导意义。本文主要针对生物质在流化床中的流化特性以及燃烧出现的床料粘结问题展开了工作,借助SEM/EDX,XRD,XRF等分析手段以及化学平衡软件HSC Chemistry6.0,通过理论分析与实验研究相结合,对生物质燃烧床料粘结特性进行了深入的研究。首先,在冷态流化床实验台架上,研究了四种生物质燃料的单独流化特性。生物质在流化床中的流化范围很窄,难以实现单独流化。以烟杆为对象考察了生物质与床料配比、生物质颗粒尺寸对于生物质与床料混合双组份流化特性的影响。研究结果表明,随着床料所占的比例增加,生物质流化范围变宽,当床料和生物质燃料尺寸相近时,床料的添加比对流化特性的改善作用较小,当两种颗粒尺寸差距较大时,改善作用比较明显。在鼓泡床上实验台架上,以不同床料进行了不同生物质的燃烧实验,研究了生物质燃烧中的粘结特性。研究发现,随着温度升高,床料发生粘结的趋势增大;三种床料发生粘结的难易程度从难到易依次为:高铝骨料>石灰石>煤灰。对棉杆燃烧后灰中元素分布进行了分析,得出以下结论:燃料中的K、Ca等元素较主要分布于飞灰和半焦中,而在床料中含量很少。接着,在循环流化床实验台架上,以石英砂和煤灰为床料进行了烟杆的燃烧实验。煤灰的Al、Fe含量较高,在燃烧过程中能够与K、Na等碱金属反应生成高熔点物质覆盖在床料颗粒表面,减小了K、Na等碱金属元素向低熔点化合物转化的几率,从而有效缓解失流。同时,化学平衡计算的结果也表明,铁元素的加入对缓解床料粘结有着显著作用。
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