成灰溫度對(duì)生物質(zhì)與煤混合燃燒熔融性的影響

成灰溫度對(duì)生物質(zhì)與煤混合燃燒熔融性的影響

0生物質(zhì)與煤的混燒減少和使用石化能源的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題促使人們探索新的清潔能源。生物化學(xué)是一種用植物和植物的光合作用將太陽(yáng)輻射能量固定為生物形式的能源。作為一種可萃取能源，它可以部分緩解人類對(duì)化石能源的依賴。然而，與化石能源相比，它們具有能量低、季節(jié)依賴性強(qiáng)的缺點(diǎn)。因此，大規(guī)模的純生物化工程很難獲得高收入。通過(guò)混合著生物化學(xué)和焚燒木材，可以解決許多單獨(dú)燃燒的問(wèn)題。首先，它可以解決生物化工生產(chǎn)的不穩(wěn)定問(wèn)題。由于生物化工的特點(diǎn)是一定季節(jié)性產(chǎn)生的，因此可以簡(jiǎn)單地解決這個(gè)問(wèn)題。其次，在石化燃料鍋爐中混合乙醇的投資成本遠(yuǎn)低于專用于硬質(zhì)鍋爐。因此，生物化學(xué)和煤炭混合燃燒已成為工業(yè)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。生物質(zhì)與煤混合燃燒工業(yè)實(shí)踐中,由于礦物質(zhì)組分的不同,易產(chǎn)生受熱面腐蝕、結(jié)渣的問(wèn)題.國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于生物質(zhì)灰特性進(jìn)行了廣泛的研究,但成灰溫度對(duì)生物質(zhì)與煤混燒中灰熔融性的影響沒(méi)有進(jìn)行深入研究.秦建光等的研究表明,生物質(zhì)灰成分測(cè)試中存在偏差的問(wèn)題.這里主要研究成灰溫度對(duì)生物質(zhì)與煤混燒過(guò)程中灰熔融性特征參數(shù)的變化規(guī)律,從而初步解釋實(shí)驗(yàn)室灰熔融性測(cè)量值與實(shí)際鍋爐運(yùn)行過(guò)程中結(jié)渣趨勢(shì)不符的原因.1原料和方法的實(shí)驗(yàn)1.1煤成灰中微量元素的相關(guān)分析實(shí)驗(yàn)樣品選取草本秸稈類生物質(zhì)稻稈、木質(zhì)類生物質(zhì)楊木屑、稻米加工廠廢料稻殼、煤為煙煤.元素分析采用德國(guó)VarioELⅢ元素分析儀,工業(yè)分析依據(jù)GB/T212-2008標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量,發(fā)熱量采用ASTMD3286標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量,分析結(jié)果如表1所示.并使用日本理學(xué)公司制造的D/max2500VB2+/PC型X射線衍射儀對(duì)生物質(zhì)和煤成灰的成分進(jìn)行了分析,其中生物質(zhì)采用了ASTME1755-01標(biāo)準(zhǔn)制取灰樣,分析結(jié)果如表2所示.1.2煤中灰樣的制備實(shí)驗(yàn)采用2種方法制取灰樣,來(lái)研究煤與生物質(zhì)不同配比條件下的灰熔融性.第一種方法為直接將生物質(zhì)與煤以不同質(zhì)量比進(jìn)行混合后制取混合灰樣,其質(zhì)量份額如公式(1)所示,并根據(jù)GB/T219-2008進(jìn)行灰的熔融性實(shí)驗(yàn);第二種方法為分別制取煤與生物質(zhì)的灰樣,然后參照公式(2),摻混純煤和生物質(zhì)的灰制成灰錐,進(jìn)行灰的熔融性實(shí)驗(yàn).R=mBmB+mCR=mBmB+mC(1)mB,AmC,A=R×AB(1?R)×ACmB,AmC,A=R×AB(1-R)×AC(2)式中,mB為生物質(zhì)燃料的質(zhì)量,kg;mC為煤的質(zhì)量,kg;R為生物質(zhì)燃料占總樣品的質(zhì)量百分比;mB,A為生物質(zhì)灰樣的質(zhì)量,kg;mC,A為煤灰的質(zhì)量,kg;AB、AC分別為生物質(zhì)和煤的空氣干燥基灰分.實(shí)驗(yàn)中成灰溫度是研究的重點(diǎn).對(duì)于方法一,灰樣制備方法為:要求先將小于0.2mm的生物質(zhì)與煤以不同質(zhì)量比進(jìn)行混合后的樣品放到馬弗爐中以815℃灼燒2h后取出,冷卻后將煤灰研磨至0.1mm,再在815℃灼燒,每灼燒30min稱量1次,直至恒重.方法二中,參照ASTME1755-01,對(duì)單獨(dú)煤與生物質(zhì)的灰樣制備方法為:要求先將小于0.2mm的煤樣放到馬弗爐中先升溫至500℃后保持30min,然后升至815℃灼燒2h后取出,冷卻后將煤灰研磨至0.1mm,再在815℃灼燒,每灼燒30min稱量1次,直至恒重;對(duì)于生物質(zhì),ASTME1755-01中要求先將樣品粉碎至小于100目,然后放到馬弗爐中先升溫至300℃后保持30min,然后升至575℃灼燒2h后取出冷卻,每灼燒30min稱量1次,直至恒重.2生物質(zhì)與煤的熔融性特性圖1為不同質(zhì)量稻殼與煤混合后灰的熔融溫度.圖中的高溫成灰指的是采用方法一來(lái)制取灰樣,進(jìn)行灰的熔融性實(shí)驗(yàn),而低溫成灰為方法二所述的方法.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,2種成灰方法所得結(jié)果存在明顯差異,尤其是生物質(zhì)含量大時(shí)較為突出.純稻殼灰的變形溫度2種成灰方法之間的差異接近300℃,純稻殼灰的軟化溫度TS之間也存在200℃左右的差異,但稻殼灰的流動(dòng)溫度TF之間的差異不是很大.由表2中灰的成分分析可進(jìn)行機(jī)理分析,煤灰與稻殼灰的K2O和SiO2含量差異較大.Krishnarao等研究表明,溫度達(dá)到620K時(shí)K2O分解釋放出K,采用高溫成灰法,生物質(zhì)中K的含量較低.SiO2的熔點(diǎn)熔化溫度為1716℃,但的熔點(diǎn)為997℃,所以以上現(xiàn)象是由于制樣溫度不同造成K含量不同而引起的.當(dāng)生物質(zhì)與煤的質(zhì)量份額發(fā)生變化時(shí),不同制樣方法引起的特征溫度變化規(guī)律也存在一定的差異.高溫成灰時(shí),純煤灰的TD、TS和TF均低于純稻殼灰的TD、TS和TF,隨著生物質(zhì)比例的減少,混合物料灰的各項(xiàng)熔融特征溫度應(yīng)該逐漸接近煤灰的各項(xiàng)熔融特征溫度.低溫成灰時(shí),變形溫度TD和軟化溫度TS,隨生物質(zhì)含量的降低,表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì),圖2中A點(diǎn)反映出,稻殼采用低溫成灰方案時(shí),存在某個(gè)階段能夠使得混合物的TD高于煤的TD,也就是說(shuō),稻殼的加入能夠降低燃料的結(jié)渣性.圖3為不同質(zhì)量稻秸稈與煤混合后灰的熔融溫度.從圖中可知純煤灰的TD、TS和TF分別高于稻秸稈灰的TD、TS和TF,且混合后的稻秸稈與煤所成灰的特征溫度均處于兩者之間.2種成灰方法所得結(jié)果同樣存在差異,這表明對(duì)于具體的農(nóng)作物,雖然選取的部位不同,但總體還是表現(xiàn)出一定的相關(guān)性,這可以從表2的灰成分分析中得到.從實(shí)驗(yàn)中還可得知稻秸稈與煤摻混比例對(duì)其TS和TF的影響不是很大,但加入稻秸稈的質(zhì)量含量超過(guò)10%后,對(duì)TD的影響較為明顯,直到稻秸稈含量超過(guò)80%后變化趨勢(shì)變緩.圖4為不同質(zhì)量白楊木屑與煤混合后灰的熔融溫度.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,2種制樣方法雖然存在一定差異,但變化范圍不大,總體上表現(xiàn)為低溫成灰的灰的熔融性特征溫度低于高溫成灰方案.純煤灰的TD、TS和TF分別高于白楊木屑灰的TD、TS和TF,但混合后的白楊木屑與煤所成灰的TS在白楊木屑質(zhì)量含量為80%時(shí)低于純白楊木屑的TS.分析原因是當(dāng)堿金屬和SiO2的含量滿足一定關(guān)系時(shí),結(jié)合成共晶體或共晶體混合物,使得灰熔點(diǎn)降低.從表2中可知與其他2種生物質(zhì)相比,白楊木屑的SiO2二氧化硅的含量非常低,這可能是存在一個(gè)低溫TS的原因.從實(shí)驗(yàn)中還可得知,白楊木屑與煤摻混比例對(duì)其TS和TF的影響很大,但對(duì)TD的影響較大的區(qū)域?yàn)樯镔|(zhì)質(zhì)量含量小于60%的區(qū)間.由上述實(shí)驗(yàn)可知,采用不同的制樣方式,生物質(zhì)與煤混燒灰的熔融性特征參數(shù)存在一定的差異.與煤灰中主要成分比較,生物質(zhì)灰分中含堿金屬和堿土金屬較多,而K2O的熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤灰的制樣溫度,對(duì)于生物質(zhì)燃料而言,若采用高溫成灰方式,使得測(cè)量數(shù)據(jù)不能真實(shí)地反映灰的熔融性,也就不能通過(guò)灰熔融性來(lái)判斷鍋爐的結(jié)渣狀況.3u3000生物質(zhì)與煤混合的熱性能特性利用HR-3C灰熔融性測(cè)定儀研究了3種生物質(zhì)與煤以不同摻混率在不同的成灰溫度下熔融特性,從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到以下幾個(gè)結(jié)論:①成灰溫度不同時(shí),所得結(jié)果存在明顯差異,尤其是生物質(zhì)含量大時(shí)較為突出,對(duì)于純稻殼灰的變形溫度TD2種制樣方法之間的差異接近300℃;②稻殼與煤混合低溫成灰時(shí),變形溫度TD和軟化溫度TS,隨生物質(zhì)含量的降低,表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì);③大多數(shù)生物質(zhì)和煤混合后的熔融特性特征溫度都處于兩者之間,但對(duì)于SiO