流化床燃烧麦秸床料团聚结渣研究

流化床技术在热转化生物质方面具有优势,但生物质流化床锅炉在运行中,经常遇到床料结渣问题。该文用流化床实验装置燃烧麦秸,发现床料发生了严重的团聚结渣,床层流化状态明显恶化。随着运行时间延长,床料颗粒表面富集越来越多的钾。分析表明,渣块中的融化物组成可以用K2O-CaO—SiO2三元系简化,三元系相图可解释融化出现的原因。由于生物质灰熔点低,燃烧的半焦表面变黏,黏结床料颗粒产生结渣。通过与细灰碰撞,床料颗粒表面形成一层均匀的灰层并融化,当灰层足够厚时,黏性力让床料颗粒通过有限的点黏结在一起,形成结渣。     

生物质成型燃料流化床燃烧粘结机理实验研究

在小型鼓泡流化床实验装置上,以石英砂为床料,进行了不同温度下果木枝条成型燃料流化床燃烧床料粘结机理实验研究。试验结果表明,温度是影响生物质流化床燃烧床料粘结的重要因素。通过对实验中形成的结团进行扫描电子显微镜、X射线能谱(SEM/EDX)以及对床料的X射线荧光光谱(XRF)分析表明,床料中碱金属元素的含量不能作为判断床料是否将要发生粘结的依据,而是取决于碱金属的存在形态;同时果木枝条灰中的Ca是构成结团颗粒粘附物的重要组分,其对床层发生结团有一定的影响作用。     

秸秆类生物质与石煤在流化床中的混烧与黏结机理

以玉米秸秆与石煤按不同比例组成的混合物为研究对象,在TG-DTG热分析仪上进行了燃烧特性分析,结果表明玉米秸秆有利于石煤的着火和稳定燃烧,对石煤有一定的助燃作用;在小型鼓泡流化床实验装置上,以石英砂为床料、石煤灰为添加剂,进行了玉米秸秆成型燃料流化床燃烧的床料黏结实验,结果表明：石煤灰能够在生物质流态化燃烧过程中有效地抑制流化床床料黏结现象的发生;通过对实验中形成的结团进行扫描电子显微镜X射线能谱(scanning electron microscopy/Energy-dispersive X-ray- SEM/EDX),对床料进行X射线荧光光谱(X-ray fluorescence,XRF)分析,结果表明石煤灰中的Al和Fe能够与生物质灰中的碱金属化合物以及低熔点共熔物发生化学反应生成高熔点物质,并且覆盖在生物质碳颗粒与石英砂颗粒表面形成隔绝层,从而阻止低熔点物质的生成与迁移。     

循环流化床燃烧高钠准东煤的床料颗粒聚团特性

为探究循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)燃烧高钠准东煤过程的床料颗粒聚团特性,选择石英砂和高炉渣作为床料,在小型CFB实验系统上950℃燃烧准东煤,并使用环境扫描电镜、X射线衍射仪和X射线荧光光谱仪对底渣的表面和截面微观形貌、物相组分和化学成分进行分析,以揭示床料颗粒的聚团机理。结果发现石英床料工况时未团聚的床料颗粒表面形成富含Ca/Mg/Si/Fe亚微米颗粒的包覆层,而团聚的粗颗粒由未团聚颗粒通过Ca/Na/Si共熔体的“颈”结构粘结形成。粘性包覆层和低熔点Ca/Na矿物的存在促进了床料颗粒团聚。当使用高炉渣作为床料,底渣没有发现团聚粗颗粒,主要归结于其特殊的矿物和化学组分及表面物理结构,初步证实高炉渣具有作为替代性床料缓解床料颗粒聚团的潜力。     

循环流化床燃烧条件下糠醛渣粘结特性

糠醛渣灰分中钾、钠等碱金属含量较高,导致灰熔点降低,因此在循环流化床燃烧过程 中,存在严重的床料粘结倾向,直接影响锅炉的安全经济运行。为了缓解糠醛渣燃烧过程中的粘结问题,本文在分析糠醛渣基本理化特性的基础上,系统分析了糠醛渣在循环流化床燃烧过程中的粘结规律,在小型热态鼓泡流化床试验装置上,分别研究了温度和添加剂对糠醛渣燃烧过程中粘结特性的影响,并采用扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱对床料粘结前后的微观特性进行测量分析。试验结果表明:随着温度的升高,床料发生粘结的倾向增大,维持流化床正常流化的时间减少;糠醛渣在循环流化床燃烧过程中,应尽量控制运行温度在900 ℃以下;采用高熔点的添加剂可以改善床料的粘结倾向,与石灰石和高铝矾土相比,高岭土是相对更有效的抗粘结添加剂。     

床料对生物质流化床燃烧黏结特性的影响

在5 kW鼓泡流化床实验装置上，以循环流化床燃煤灰渣、煤矸石灰渣作为床料，进行了麦秆成型燃料燃烧黏结特性研究。实验表明：900℃工况下，相对于石英砂床料，以上两种床料均能够有效地控制生物质流化床燃烧过程中的黏结现象。结合SEM-EDX分析结果与多相平衡反应计算分析，应用流化床燃煤炉渣、煤矸石灰渣为床料控制麦秆流化床燃烧黏结现象的机理相似。相对于石英砂，两种床料中均含有较高含量的硫元素、较高含量的铝元素，在麦秆燃烧过程中，床料中的铝元素、硫元素会与麦秆灰中高含量的钾元素形成高熔点的物质，有利于减轻麦秆流化床燃烧黏结现象；另外，黏结物中相对高含量的碱土金属元素使得黏结物的熔点提高，有利于控制麦秆流化床燃烧黏结现象。     

高参数生物质循环流化床锅炉技术研发与应用

发展生物质直燃循环流化床（circulating fluidized bed,CFB）锅炉技术对促进我国能源转型和双碳目标的实现具有重要意义。将高温受热面布置在炉内,利用循环物料持续冲刷清洁受热面可有效抑制沾污和腐蚀。对于尾部对流受热面积灰和沾污,则可采用顺列管束布置方式,以及大节距、小管径、低烟速和平行流设计予以解决。除利用生物质夹带黏土缓解床料结焦外,通过提升物料循环系统性能改善包括燃料颗粒在内的流化质量,并辅以床温有效调控手段,从而通盘解决生物质锅炉燃烧效率和全回路防结渣团聚问题。基于该技术开发的3台高蒸汽参数生物质CFB锅炉可在宽负荷范围内稳定运行,未发生过因受热面积灰结渣导致的停炉,锅炉效率超过91%,NOx和SO2原始排放直接满足超低排放要求,各项性能指标基本达到甚至优于设计要求。     

耦合炉内气相碱金属检测的结渣预报系统研究

高碱煤在燃烧过程中释放的碱金属导致炉膛受热面的沾污、结渣问题，影响锅炉运行的安全性，开展炉内结渣趋势的判断研究具有重要意义。采用煤灰成分分析的结渣趋势判别方法与火焰发射光谱技术结合，在锅炉上安装了一套火焰发射光谱系统用于检测炉内气相碱金属质量浓度，使用气冷式取样枪在炉膛出口区域开展结渣试验以获得沉积样的沉积趋势。根据在线监测结果，开发了一种动态预测炉内沾污结渣预报系统。试验结果表明，系统能够实时反映燃烧工况下各参数的监测结果，可以对当前燃烧状态下的结渣趋势进行提示，为预防结渣和进行燃烧调整提供参考。     

燃用石油焦的循环流化床锅炉研究

针对石油焦的特点，从石油焦的着火、燃烧、稳燃与燃尽、炉内结渣、床料补充、腐蚀等方面对循环流化床(CFB)锅炉燃烧石油焦进行了研究分析，并从设计上提出了相应的技术措施。利用CFB锅炉可以控制燃烧高硫石油焦所带来的SO2排放问题，通过合理的受热面设计可以减少受热面的腐蚀。     

生物质及其与煤掺烧的灰熔融特性研究

采用YX-HRD灰熔融性测定仪对麦秆、稻秆、杨木屑等7种常见的生物质灰及其与煤掺烧后灰的熔融特性进行了检测。结果表明:煤的结渣判别指数不能完全、可靠地预测生物质及其与煤掺烧的结渣特性。根据生物质灰成分,对灰熔融温度的Pearson相关系数推导出生物质结渣判别指数A=(MgO+Al2O3+Fe2O3)/(CaO+P2O5)。生物质的加入在不同程度上降低了煤的灰熔点,在低配比范围内随生物质添加量的增多掺混煤灰熔点逐渐降低。随秸秆类生物质掺混比增加,碱金属氧化物含量增加使掺混煤灰熔点降低的作用减弱,但同时A值却较高,因而混煤灰熔点反而升高。秸秆类生物质的掺混比例在20%以下,酒糟、花生壳与杨木屑的掺混比例分别在40%、60%、60%以下都可避免严重结渣。