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。     

硅和硅铝化合物对生物质结渣影响的机理研究

生物质由于含有较多碱金属,燃烧会导致设备结渣。文章研究了硅和硅铝化合物对生物质结渣影响的机理,结果表明,硅和硅铝化合物会使生物质燃烧时可溶性K倾向于转变为不可溶性的硅酸盐和硅铝酸盐,而该过程反应与纯生物质燃烧过程反应相同。在流化床炉温(815℃)附近时,硅化合物容易使灰中生成低熔点的K的硅酸盐,低温熔融结渣可能性增大,选择其作为结渣抑制剂需要慎重。在层燃炉炉温(1 000℃)附近时,硅铝化合物既可减轻碱金属结渣又使灰不易结渣聚团,是层燃炉优良的结渣抑制剂。     

生物质灰熔融电容测试实验研究

提出一种利用电容测量生物质灰渣熔融状态的方法,以低熔点的玉米芯灰为样品进行测试,并与X射线荧光分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)、热重-差热分析(TG-DSC)结果进行比较。实验结果表明:玉米芯灰样在600~1000℃加热过程中质量的减少主要由灰分中KCl随加热过程挥发所致,并影响灰熔融温度预测结果;灰样烧结温度为800~900℃,电容测试结果为825℃,TG-DSC测试结果为875℃,灰熔点仪测试结果为990℃。电容测量结果与灰样熔融结渣情况一致,电容变化可准确反映灰样相变情况。与常规灰熔点测试和热重分析相比,该方法可实现实时监控测量,并减小测试过程中碱金属元素受热挥发造成的误差。     

添加剂对准东煤结渣和沾污特性影响的研究

在0.4 MW准东煤燃烧与沾污试验台上进行了3种不同添加剂对某准东煤燃烧时结渣、沾污特性影响的研究。结果表明:炉膛内和蛇形管前屏只存在结渣现象,结渣物是以Fe、Ca为主形成的低熔点复合盐类,而Na对结渣贡献并不占主要地位;各工况的准东煤真实灰熔点在1 100℃左右;烟温在800℃左右时受热面以沾污为主,Na_2SO_4和CaSO_4的冷凝沉积占主导;准东煤自身燃烧产生的底渣作为添加剂时缓解结渣、沾污效果不明显;添加高岭土时结渣物虽较厚但较为疏松,易于清除,说明其具有明显的减弱结渣强度的作用;以将军庙煤为添加剂时能明显减弱沾污强度。     

生物质成型燃料链条锅炉结渣特性试验研究

为研究生物质成型燃料的结渣特性,本文采用生物质成型燃料链条锅炉燃烧设备,选择5种生物质成型燃料,采用工业锅炉节能监测方法和结渣率测定方法,对炉膛温度、过量空气系数及炉渣成分和灰熔融特征温度等对结渣率的影响进行了试验研究。试验结果表明,炉膛温度越高,过量空气系数越高,结渣率就越高;对大多数生物质成型燃料来说,软化温度越低,结渣率越高;当软化温度超过1 368℃时,不会发生结渣,燃用生物质成型燃料的锅炉,炉膛的出口烟温应低于1 000℃,可以减少结渣。另外,结渣也与生物质灰渣中的Si元素、碱金属元素及碱土金属元素有关,碱土金属可以抑制结渣,而碱金属和Si元素可促使结渣,从而为设计适合生物质成型燃料燃烧设备及改善燃料的燃烧性能提供依据。     

杜仲药渣与煤的混烧特性及灰熔融特性研究

本文采用热重分析仪分析了杜仲药渣和石下江煤的混合样品的燃烧特性,采用灰熔点测试仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪及扫描电子显微镜对混合物灰样的灰熔融特性变化进行了分析.结果表明:药渣掺混比为40%时着火温度最低;加入90%药渣时,稳燃性指数、综合燃烧特性指数、最大燃烧速率和平均燃烧速率值均达到最大,燃尽温度最小;在杜仲叶渣和煤的共燃过程中,发生了协同作用,生成了一些新的矿物质,混合灰样的灰熔融温度随着药渣质量分数的增多而减小.     

神华煤富氧燃烧的结渣特性研究

本研究通过对马弗炉、管式炉、平面火焰携带流反应器3种试验台在空气和富氧典型工况情况下产生的灰样进行灰熔点、XRD(X射线衍射分析)、XRF(X射线荧光光谱分析)、SEM(扫描电子显微镜分析)等多种测试,得到了富氧燃烧条件下神华煤结渣特性。与空气燃烧相比,富氧燃烧气氛对神华煤灰灰熔点影响不大;高氧浓度下灰熔点温度较低氧浓度下稍高;富氧气氛下结渣倾向明显比空气气氛下要高。但由于气氛的改变使得其中矿物质的赋存形态发生了改变。采用常用粘度和结渣指数预测不同气氛下神华煤结渣趋势,结果表明:空气条件下煤灰中Ca主要以CaO的形式存在,而富氧燃烧条件下产物中存在一定量CaCO_3。CaCO_3易黏结在一起,并会促进低灰熔点钙黄长石、钙长石的生成,从而加重结渣情况。     

准东煤燃烧过程中Na/Ca/Fe对结渣行为影响的机理研究

在一维沉降炉实验系统中进行准东煤燃烧实验,采用非冷却的取样探针在不同烟气温度下收集灰样并进行分析,以获得烟气中不同无机成分在结渣前的形态及灰颗粒间的结合方式.结果表明:当烟气温度为1 000℃时,存在熔融态Na的硅酸盐、硅铝酸盐和CaSO_4,这些熔融态的灰颗粒会撞击、黏附在管壁上;当渣层逐渐增厚时,表面温度升高,可能在渣层表面形成熔融态的膜,以捕捉其他灰颗粒;Fe具有助熔作用,可与硅钙镁铝钠体系形成低温共熔物,当Fe_2O_3颗粒撞击到焦体熔融表面时,其助熔作用会降低焦体表面的熔点而形成新的焦体.     

富磷添加剂对生物质燃烧中积灰结渣和腐蚀作用的探析

文章探讨了富磷添加剂对生物质燃烧过程中锅炉受热面积灰、结渣和腐蚀的作用机理,分析了其作用效果,考察了燃烧温度、燃烧气氛、生物质种类、Ca/K摩尔比、P/K摩尔比等主要因素对作用效果的影响规律。结果表明,富磷添加剂可以将烟气中的碱金属(主要是钾)和氯元素固定于底灰中,生成高熔点化合物,减轻碱金属熔融结渣和氯腐蚀。同时,添加剂改变了灰的物理和化学性质,使灰松软不易烧结,从而有效减轻了生物质燃烧过程中锅炉受热面的积灰、结渣和腐蚀。     

新疆高碱煤沾污结渣特性中试试验研究

为了深入研究新疆高碱煤沾污结渣特性,利用3 MW煤粉燃烧中试平台进行了典型新疆高碱煤燃烧过程中灰的生成及其沾污结渣特性研究。实验结果表明:在炉膛燃烧区域的渣样主要以含铁、钙矿物为主,如:磁铁矿(Fe3O4)、钙硅石(CaSiO_3)等;在高温对流受热面区域,由于煤中Na、K等碱金属的升华、冷凝作用以及沾污层与烟气中SO_2、飞灰颗粒之间的物理化学反应,其沾污层主要以熔点较低的无水石膏(CaSO_4)、无水芒硝(Na_2SO_4)以及Na-Al-Si和Ca-Al-Si的低温共熔体。这些低温共熔体在较低的温度下(850℃~1 150℃)具有较强的黏性,能够进一步捕捉烟气中的飞灰颗粒,加速沾污层厚度的增长,使得新疆高碱煤沾污层增长速度较其他易沾污煤要快得多。     

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。     

浮萍生物质灰分的特性分析

利用低温成灰的方法对两种浮萍(紫萍和青萍)进行灰化,测定灰分含量,通过SEM/EDS分析、X射线衍射分析和TGA/DSC分析实验对两种灰分的形貌、成分、热活动等进行对比研究。结果显示:浮萍灰分中碱金属、碱土金属和氯含量高,硅含量低。灰分中KCl含量大,在温度升高时挥发量大,灰分的积灰结渣倾向严重。对于两种浮萍而言,紫萍的积灰结渣倾向重于青萍。这些结果表明在浮萍生物质燃烧和气化利用中应重视碱金属挥发和熔化所带来的积灰结渣问题。     

CaO对煤灰熔融特性的影响

气流床气化炉采用液态排渣,高熔点煤灰不能满足排渣要求,煤灰的结渣问题和灰熔融性有很大关系。为研究CaO对煤灰熔融特性的影响规律,在煤灰中添加不同比例的CaO并对灰熔融温度进行测试。使用扫描电镜能谱仪对试样进行元素组成分析和微观形貌观察,使用X-射线粉末衍射仪分析灰样中矿物质变化。结果表明,随着CaO添加比例的增大,煤灰熔融温度先降低后增高。CaO添加比例从0增加到30%时,高温下高熔点的钙长石含量降低,生成大量低熔点的钙铁榴石,灰熔融温度逐渐降低。CaO添加比例继续增加,高熔点的硅钙石含量增多,灰熔融温度逐渐升高。对本研究煤种,CaO添加比例为30%时,降低灰熔融温度效果最好。     

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。     

生物质与烟煤灰的理化特性及混合灰熔融特性研究

文章利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线荧光衍射仪(XRD)、灰熔融特性分析仪对4种生物质(海草、梨木、榛子壳、稻秆)灰与神木烟煤灰的混合灰的熔融特性进行了研究。研究发现:水生生物质(海草)灰的掺混使混合灰的熔融特性温度先升高再降低;两种木本生物质(梨木和榛子壳)灰的掺混使混合灰的熔融特性温度逐渐升高;草本生物质(稻秆)灰的掺混对混合灰熔融特性温度的影响与水生生物质灰类似。由XRF分析可知:Na2O和CaO对于混合灰的熔融特性温度有更明显的影响,随着混合灰中Na2O含量的逐渐增加,混合灰的熔融特性温度逐渐下降;随着混合灰中CaO含量的逐渐增加,混合灰的熔融特性温度逐渐上升。由XRD结果可知:水生生物质灰在高温下容易形成熔点较低的碱金属硅酸盐,使混合灰的熔点降低;木本生物质灰中的CaCO3含量较高,能够提高混合灰的熔点;草本生物质灰与水生生物质灰类似,含有的低熔点碱金属硅铝酸盐使混合灰的熔点降低。     

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.     

典型秸秆类生物质灰的特性研究

生物质灰的特性对气化炉的参数设定及平稳运行有着重大的影响。以青岛周边的玉米秸秆为研究对象,结合XRD、XRF检测手段,对400～800℃下的灰样特性进行研究。结果表明:灰成分存在形式、灰分中矿物质转化以及灰的结渣程度与温度之间有明显的关联。玉米秸秆灰主要由K、Si、Cl等元素组成。随着温度的升高,K元素以KCl的形式逐渐变转化为KAlCl_2O、KAlSO_4等化合物。Si元素主要以SiO_2的形式与碱金属元素形成了NaAl_2Si_5O_(14)、K_2Si_2O_5、K_2O·Al_2SO_3·SiO_2等低共熔的化合物。高温下KCl可形成团聚粘性颗粒,且灰中的硅酸盐熔融也可形成团聚颗粒沉积,这可能导致结渣严重。     

富氧燃烧方式下神华煤熔融特性实验研究

选用马弗炉和平面火焰携带流反应器(FF-EFR)开展了神华煤在不同气氛下的灰化实验,利用X射线衍射仪(XRD)、热分析仪(TG/DSC)、扫描电镜(SEM)以及能谱仪(EDS)对收集到的灰样进行表征,探究了神华煤灰熔融性温度低的原因,考察了灰熔点温度和灰分中矿物质成分含量受气氛的影响.结果表明,神华煤灰熔点普遍偏低,主要原因在于煤中存在大量的Ca和Fe,参与反应产生各种低熔点化合物;传统方式测得灰熔点可以代表实际锅炉中燃煤灰熔点,但不能直接表征高氧浓度燃烧反应时灰分实际熔融性特征;不同气氛下主要燃烧产物种类不变,区别在于富氧燃烧时会产生在空气中燃烧时没有的Ca CO3,从而降低富氧条件下灰熔点并加重结渣情况;富氧条件下Fe矿物形态相对空气气氛下玻璃体更多,赤铁矿更少,这些原因导致神华煤在富氧条件下结渣更严重.     

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。     

添加剂对准东煤结渣特性的影响

针对富碱金属准东煤燃烧易结渣问题,采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司煤燃烧特性试验炉对准东煤进行掺混添加剂的燃烧结渣特性试验。试验结果表明:掺混本种添加剂可以提高灰熔点温度,随着掺混比例的提高,抑制准东煤结渣的作用增强。进一步分析显示添加剂的加入未明显改变渣层的晶体结构,其对结渣的抑制作用主要源于其与渣层的高速碰撞、摩擦和冲刷导致渣层疏松。