新疆棉杆直燃特性分析

为实现新疆棉杆的生物质能合理利用,以新疆乌苏市皇宫镇的棉杆为典型样本,进行生物质燃烧特性研究。对棉杆样品进行了工业分析和热重分析,对其燃烧产物-灰样进行熔融烧结实验和汞含量分析。利用X射线荧光光谱仪对完全燃烧温度分别为400、600、800℃的灰样的微量元素成分进行分析,并对灰样中重金属汞含量进行测定。研究发现:棉杆的燃烧过程经历了2个失重峰值,当燃烧温度到达800℃时,棉杆的失重率几乎为零;灰样中K元素含量随温度升高而减少;Cl元素含量在燃烧温度为400和600℃时基本一致,当燃烧温度升高到800℃时,Cl几乎全部析出,灰样中的其它元素含量基本没有变化。400℃灰样中金属元素主要以碳酸盐、硅酸盐和氯化物的形式存在;600℃时灰样中形成的化合物较为复杂;800℃灰样中金属元素主要以氧化物的形式存在。棉杆中的汞含量远低于现有电站的燃煤含量,其燃烧的固体产物灰中的汞含量也比煤灰少。     

生物质热解燃烧过程Cl析出规律研究

用化学平衡软件“Factsage”计算了稻草秸秆在200～800℃温度范围内热解条件和500 ～900℃温度范围内燃烧条件下,与Cl相关的各种无机物质的热力学平衡分布.采用管式炉反应器,研究了秸秆在热解和燃烧条件下的Cl的析出规律.理论计算结果表明,当温度低于600℃时,Cl主要以固态KCl的形式存在；在温度超过600℃,热转化中Cl的气化析出随温度升高而增加,在氧化性气氛下该趋势加剧.管式炉实验与理论计算的生物质Cl析出率随温度升高的变化趋势总体吻合,但是析出份额上有显著差异.     

生物质燃烧过程中氯及钾析出特性研究

氯和钾在燃烧过程中以气态析出,是引起生物质直燃锅炉受热面积灰及腐蚀问题的主要原因,利用马弗炉在650、700、750、800和850℃5个温度下燃烧麦秆、稻秆、玉米秆、棉花秆、油菜杆和稻壳6种生物质,分别使用离子计和原子发射光谱法测量吸收液中的氯和钾浓度,研究这6种生物质燃烧过程中氯和钾的析出特性。结果表明:不同温度下,Cl和K以气态析出的量有明显差别,保持温度低于750℃即可有效抑制两者析出进入烟气。     

粒径对氯、碱及碱土金属在生物质燃烧中析出的影响

研究固定床上稻秆和玉米秆在不同温度下燃烧过程中原料粒径对氯、碱与碱土金属(AAEMs)元素析出的影响。实验结果表明:随生物质粒径减小,K元素析出量逐渐增大,但不同生物质中K元素析出特性不同;粒径对生物质灰渣中MgO和CaO的含量变化有一定影响,同一种生物质,灰渣中MgO和CaO的含量变化规律相似;Cl元素析出量随粒径的减小而增加,当温度大于800℃时Cl元素释放完全;高温下生物质颗粒内的碱与碱土金属元素在不同的粒径下存在不同的物理化学反应,生成产物有所不同。     

高碱煤燃烧过程中灰中主要元素的迁移规律

针对我国新疆高碱煤燃烧过程中的强沾污、结渣特性,对某300MW亚临界高碱煤锅炉炉内各受热面的沾污灰样进行了XRF和SEM-EDX分析.结果表明:在800~1 100℃烟气温度区间内,灰样中CaO、MgO和SO3的质量分数较高;当烟气温度降低至600~800℃时,灰样中Na2O、Fe2O3和SO3的质量分数较高,Na2SO4、CaSO4和NaFeSO4等物质是导致高碱煤燃烧过程中高温对流受热面发生严重沾污的主要原因;669~915℃烟气温度区间内的灰样发生初始熔融的温度及其所对应的液相质量分数要高于其他部位的灰样;灰样C颗粒表面附着粒径为2~4μm的富含Na、S的Na2SO4等颗粒,而钠的硫酸盐在高温下具有较高的黏性和较低的熔点,这是导致该温度下发生严重沾污的主要原因之一.     

稻壳与木屑燃烧和灰结渣特性对比分析

分别从稻壳和木屑的工业分析和热重试验分析其着火特性和燃烧特性,再以稻壳和木屑分别在600、800℃成灰灰样为研究对象,通过射线荧光(XRF)、X射线衍射(XRD)进行研究分析,从微观角度对稻壳、木屑燃烧和灰熔融特性进行深入研究。研究发现:稻壳比木屑更难于着火,其着火温度高且燃烧性能差。XRD分析数据显示:稻壳在600℃下成灰灰样未成晶相,在800℃下成晶相较好,其物相以石英和方石英为主,存在少量莫来石晶体;600℃下制成的木屑灰中主要存在SiO_2、CaO和CaCO_3,而800℃下制成的木屑灰中SiO_2和CaCO_3,两种灰中还存在少量CaSO_4、K_2SO_4、Al_2O_3等晶相结构。XRF分析数据显示:稻壳灰中SiO_2含量较高,而木屑SiO_2和CaO含量较高,木屑和稻壳含有少量K碱金属,600℃下制成的灰中含有少量Cl元素,而800℃下未检测出Cl元素。稻壳和木屑中硅铝比较大,碱金属含量较低,根据煤炭标准的综合判别指数分析得出,稻壳和木屑在600、800℃成灰灰样结渣均较严重。     

生物质燃烧硫迁徙规律试验

对生物质燃烧过程硫迁徙规律进行试验研究.试验表明,硫迁徙与燃烧温度、硫赋存形式、生物质灰成分以及燃烧过程气固相反应条件等因素相关.在气固相反应条件较弱的固定床燃烧试验中,燃料中的有机硫在较低的燃烧温度(约550℃)下即可基本析出进入气相,而无机硫的析出与灰成分有很强的关联,在富含Si的甘蔗叶燃烧过程中,温度达到850～1050℃时硫析出率迅速增加,而对富含Ca且Si含量低的树皮,整个燃烧过程中无机硫析出随温度增加不明显,只有当温度超过1000℃之后由于硫酸盐的升华才开始出现一定份额的增加;在气固相反应条件较好的循环流化床燃烧中燃用同样的生物质燃料,当燃烧温度控制在800C以下时,由于生物质灰中的K、Ca等碱性矿物质具有很好的固硫活性,源于燃料并进入气相的硫氧化物的量受碱性灰渣的抑制,燃烧固硫率能达到非常高的程度.     

生物质炭化成型燃料直燃特性分析

以棉杆和木屑为原料制备生物质炭化成型燃料(biomass carbonized forming fuel,BCFF).对成型燃料进行了热重分析,选择温度为550,℃、700,℃和850,℃的灰样进行X射线荧光光谱(X-ray fluorescence,XRF)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析、灰熔融实验.TG实验表明:BCFF燃烧过程经历吸热失水、挥发分析出及燃烧、固定碳燃烧和燃尽4个阶段.XRF分析表明:随灰化温度从550,℃升高至815,℃,K减少了56.2%,,Na减少了26.5%,,Cl减少了75%,,而Ca增加了41.6%,,且在700~815,℃之间K、Na、Cl元素损失最大.XRD分析表明:BCFF燃烧灰样的成分主要是石英、单钾芒硝、钙沸石、索伦石、方镁石和硫酸盐等.温度从550,℃升至700,℃时,灰样中KCl消失和出现了钙沸石;升至815,℃时,索伦石消失,分解生成氧化钙、氧化硅、氧化铝等稳定的高温共融体.研究结果可为生物质锅炉燃料选择方面提供理论依据.     

无机元素在生物质气流床气化中挥发性研究

利用一套小型生物质层流气流床气化系统进行木屑气化试验并对残炭进行收集称重.通过ICP及EDX-SEM仪器对残炭灰成分和残炭形态进行分析,研究了无机元素在生物质气流床气化过程中析出挥发的问题.结果表明:随着反应温度的升高,各无机元素的挥发率也随之升高,其中碱金属Na、K,碱土金属Mg、Ca的挥发高峰集中在600～800℃之间,而非金属元素P、S、Cl的挥发高峰多在600℃以下;氧配比为0.8时,Na的挥发率在1400℃时达到了76%,K的挥发率也达到了72%,而氧配比为0.2时,无机元素的挥发率相对偏低,其中Na的挥发率在1400℃时为63%,K的挥发率为61%.     

秸秆中钾元素对生物质成灰特性的影响研究

为研究秸秆中钾元素对生物质成灰特性的影响,利用马弗炉制取玉米秸秆灰样,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及灰熔点测试仪对灰样进行分析,并分别研究K_2CO_3和KOH对灰熔融特性的影响。结果表明,由于生物质在燃烧过程中有机物的燃烧和挥发份的析出,及K元素在高温条件下易析出并主要以颗粒形式存在于灰的外表面,K元素具有可明显增加粘结性的特点,与Si、Ca氧化物粘结附着于灰表面形成孔洞;高温状态下K_2CO_3、KOH与酸性氧化物反应生成低熔点物质;分析可知钾(K)元素是影响灰熔点的重要因素,酸洗预处理可使灰熔点升高;当秸秆灰中K元素含量约为30%时,灰熔点达到最低值。     

不同燃烧方式生物质灰土壤循环特性对比

为研究燃烧方式对生物质灰土壤循环特性的影响,分别在锅炉、管式炉(700℃,800℃)、阴燃容器中燃烧制备了玉米秸成型燃料灰(渣),在农村炉灶中燃烧制备了玉米秸灰。实验检测了上述各灰的残碳率、p H值、水溶性、酸溶性、灰中各元素含量及灰中可溶钾含量。结果表明:1炉灶灰和阴燃灰总K含量9%,水溶K含量7%;锅炉渣水溶K几乎为零;2炉灶灰和阴燃灰水溶性分别约为17%和13%,高于其它灰;除锅炉渣外,各灰酸溶性均比水溶性高10%以上;3各灰均呈碱性,且p H值差别较小;4炉灶灰残碳率约为24%(固体不完全燃烧损失约7%),其余灰残碳率5%。因此,从生物质灰土壤循环特性来说,传统炉灶燃烧和阴燃优于高温锅炉燃烧,锅炉燃烧技术在提高生物质灰土壤循环特性方面仍有待改进。     

生物质燃烧过程中K元素的迁移特性

在生物质热转化过程中,一部分K元素会进入到气相,造成锅炉高温对流受热面上的积灰结渣和高温腐蚀问题,严重威胁锅炉的安全运行.以自行设计的固定床实验系统研究了典型生物质燃料燃烧过程中K元素的迁移特性,考察了温度、时间和掺混燃烧的影响.结果表明,随着温度的升高,燃料中水溶性K会减少,难溶性K和气相析出K会增加.当温度为700～900,℃时,随着反应时间的增加,小麦秸秆中K元素的析出率逐渐升高,且有一部分醋酸铵溶K和盐酸溶K转化为难溶K,另一部分水溶性K转化为气相K析出.掺混了稻壳后玉米秸秆的灰产率会增大,且在燃烧温度较高时掺混高硅燃料对玉米秸秆中K元素的释放会产生一定影响.     

藻类生物质燃烧NO_x的排放特性与N转化机制

在一维管式炉上测定了典型藻类生物质条浒苔、马尾藻和小球藻在不同温度下燃烧时生成NO_x的规律,并在此基础上探究了藻类生物质两两等质量比混燃时NO_x的排放规律.结果表明:单独燃烧小球藻与条浒苔时,NO_x的排放曲线均近似呈单峰分布;温度在600℃以上、单独燃烧马尾藻时,NO_x的排放曲线呈双峰分布;NO_x的排放峰值均随温度的升高而增大.600℃时NO_x的排放总量与N的转化率最低;700~900℃时N的转化路径改变,但对条浒苔、马尾藻和小球藻各自单独燃烧时NO_x排放量影响很小.800℃下将小球藻与条浒苔、小球藻与马尾藻等质量比混燃,NO_x排放量介于各藻类生物质单独燃烧时的排放量之间,无明显的相互作用,而条浒苔与马尾藻等质量比混燃时NO_x的排放量增加,有相互促进作用.     

污泥与高碱煤协同燃烧中碱金属与重金属竞争机制研究

在CFB锅炉燃烧温度下研究了低品质燃料(高碱煤)与生物质燃料(污泥)协同燃烧中重金属元素Pb、Ni和As的迁移特性。结果表明:燃烧温度对重金属元素热力学平衡分布起到重要的作用,温度越高,Pb、Ni和As在气相中的摩尔分数越高;当温度超过1 300℃时,Pb将全部以单质形态迁移至气相中,在CFB锅炉燃烧温度区间里大部分以PbCl2(g)、少量以PbCl的形态固集于飞灰颗粒上;当温度高于1 800℃时,系统中主要成分为Ni(g);在整个燃烧温度区间,As以单质的形态存在于系统中,其摩尔分数随着温度的升高而上升;碱金属Na主要竞争燃料中的Cl和O元素,实现重金属化合物形态的转化;与Na相比,K的竞争是微弱的,在700℃时K竞争Ni化合物中的CrO_4~(2-),导致NiO摩尔分数下降,而在850℃时,K与Ni竞争系统中的O元素,这与700℃的反应过程不同。     

糠醛渣流化床燃烧过程中碱金属析出迁移特性

为研究床温对糠醛渣流化床燃烧中碱金属析出迁移特性的影响,在小型鼓泡流化床试验台上以糠醛渣为原料进行不同温度(750、800、850、900℃)下的燃烧试验,试验后采用ICP-OES测定各工况下的床料和飞灰中碱金属K的份额,并结合糠醛渣原料中的K的份额,计算气相中K的份额。结果表明:在所研究的床温范围内,K主要存在于气相中。随床温的升高,气相和床料中K的份额均升高,并且在750~800℃之间气相有较大幅度的升高,而在飞灰中的份额会降低。通过对试验后糠醛渣灰的X射线衍射(XRD)分析表明,不同床温下K在床料、飞灰和气相中的份额不同的根本原因在于,灰中钾盐存在的形式不同,750℃为KCl,800℃为KCl和K_2SO_4的混合物,800℃以上则为含碱金属K的复杂硅酸盐。     

桉树类生物质燃烧飞灰可燃物含量分析方法研究

通过灰成分分析、热重-差示扫描量热-傅里叶红外光谱分析联用(TG-DSC-FTIR)试验,对桉树类生物质锅炉燃烧后飞灰可燃物含量的分析方法进行了研究.结果表明:桉树类生物质燃烧后飞灰中含有多种金属化合物,在空气高温加热过程中会同时发生缓慢氧化反应、碳酸盐分解反应、碱金属氯化物的蒸发过程,影响其中可燃物含量的准确测量;灰中可燃物燃烧温度约在350~550℃范围内,采用低浓度硫酸酸洗对灰样进行预处理,可排除碳酸盐分解反应、碱金属及氯元素的蒸发过程对可燃物含量测量的干扰,且以10K/min及以下的低升温速率加热时灰样中化合物不会发生缓慢氧化反应,使灰中可燃物含量测量结果较为准确.     

不同生物质灰的理化特性

根据我国和美国国家标准,将稻草、松木屑和梧桐树叶3种生物质分别在815和600℃下制灰,此外也在500℃下制灰进行比较。测定了灰分量和灰成分,考察了灰成分中氧化物的含量变化以及生物质灰的积灰、结渣特性;利用X射线衍射方法和SEM对不同温度灰的物相和灰形态进行了分析;利用灰熔点仪测定了生物质灰的灰熔点。研究表明:灰分量、灰成分、物相变化、灰形态以及灰熔点均与灰化温度密切相关,600℃的灰化温度比较适合研究生物质灰分的性质。     

中国南方典型农业生物质结渣特性实验研究

实验研究了广东省典型农业生物质稻杆、甘蔗渣/叶的燃烧结渣特性。采用GB/T212-2001和ASTM E1755标准进行灰化实验,采用角锥法和一步法检测生物质的熔融特性。实验结果证实ASTM的低温灰化标准更适合稻杆类高无机盐含量的生物质原料。稻杆中碱金属氧化物含量达20%以上,是导致灰渣粘结和熔融的主要因素。由于角锥法灰熔点检测法提前将部分碱金属和Cl元素转化和析出,导致检测结果远高于实际燃烧的熔融温度;相比而言,一步法更具有直观性和指导作用。通过一步法实验获得稻杆临界结渣温度为700℃ ~ 750℃,甘蔗渣为850℃ ~ 900℃,甘蔗叶为900℃ ~ 950℃。CaO和Al₂O₃添加剂对于生物质燃烧过程具有一定的抗结渣功能,CaO通过与SiO₂ (s) 反应生成高熔点的固态Ca₃Si₂O₇ (s) 和MgOCa₃O₃Si₂O₄ (s),因此能消耗物料周围的SiO₂ (s),抑制低温共融;Al₂O₃则通过生成高熔点温度的固态KAlSiO₄和固态KAlSi₂O₆,减少低温共熔现象的发生。     

添加剂对五彩湾煤燃烧过程中钠析出的影响

对五彩湾原煤及加入胶体添加剂后的混合煤样进行燃烧实验,并分别检测了原煤和煤灰中钠元素的含量,确定了五彩湾煤中钠在燃烧过程中的析出规律以及胶体添加剂对其的影响。并且对部分煤灰采用XRD(X射线衍射仪)进行分析。研究结果表明,在原煤燃烧过程中,钠的析出量随着温度的升高而增大,在1 100℃时达到最大值。XRD分析结果表明:适量硅溶胶的添加可将五彩湾煤中可挥发性钠转化成硅铝酸钠等高熔点含钠化合物,从而减少了五彩湾煤中钠的析出;在800℃燃烧温度下,适量铝溶胶的添加也可将可挥发性钠转化为不可挥发性钠,从而减少钠的析出;而在1 000℃燃烧温度下,添加铝溶胶后所对应的灰样中并没有生成硅铝酸钠等高熔点含钠化合物,而是生成了高岭石等物质。     

生物质灰在流化床燃烧中的固硫特性研究

生物质灰分中碱性金属氧化物含量高,能通过燃烧调整,使灰在燃烧过程中固硫,降低SO2排放。研究选取4种生物质,利用小型燃烧实验系统揭示了各生物质在不同燃烧温度下的固硫特性。研究发现4种生物质都在燃烧温度达到820℃时使SO2最大排放浓度达到最高。玉米芯在720℃时的SO2最大排放浓度呈现最低,为820℃时的23.7%。玉米秆、木屑、麦秆都在670℃时的SO2最大排放浓度呈现最低,分别为820℃时的63.2%、20.3%、20.9%。670~920℃范围内,生物质的固硫率为10.93%~89.20%。温度670~720℃时,生物质的固硫率较高,达44.15%~89.20%。