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前言
隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,能源消耗迅速增長,石化燃料資源日益耗盡,利用可再生資源已是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大課題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,燃燒生物質(zhì)燃料的熱電企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來,而對于已經(jīng)服役的電站鍋爐,要想使生物質(zhì)燃料得到充分的利用,是擺在從業(yè)人員面前的重大課題。本文對充分利用秸稈、稻殼等可再生資源,在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用進(jìn)行分析。
1生物質(zhì)燃料的燃燒特性
1.1含碳量較少,含固定碳少,稻殼燃料的熱值也較低,放熱量少,需要增加燃料量。
1.2含氫量稍多,揮發(fā)份明顯較多,生物質(zhì)燃料易被引燃,燃燒初期,揮發(fā)分析出量較大,在空氣和溫度不足的情況下易產(chǎn)生鑲黑邊的火焰。
1.3含氧量多,氧量是燃料中的雜質(zhì),由于生物質(zhì)燃料的密度小,投入爐膛內(nèi)的燃料量較大,故在燃燒時需要空氣量相對多一些,才能使物料能完全燃燒。
1.4密度小,這類燃料易于燃燒和燃燼,灰渣中殘留的碳量較少。
2稻殼燃料的燃燒過程
稻殼燃料的燃燒過程同樣也是強(qiáng)烈的熱化學(xué)反應(yīng),除燃料的存在外,發(fā)生燃燒必須有足夠的熱量供給和適當(dāng)?shù)目諝夤?yīng)??梢苑肿鳎喝紵臏?zhǔn)備階段(揮發(fā)分析出)、焦炭(固定碳)燃燒階段、燃盡階段。當(dāng)?shù)練ず蜕镔|(zhì)顆粒的混合燃料(以下簡稱為燃料)送入爐膛后,首先吸收爐內(nèi)熱量,燃料中的水分蒸發(fā),揮發(fā)分逸出,當(dāng)燃料被加熱到某一溫度時,即開始著火燃燒,進(jìn)入燃燒階段。首先是揮發(fā)分著火燃燒,并放出大量熱對焦炭直接加熱,使焦炭也迅速燃燒起來。
燃燒階段是一個強(qiáng)烈的放熱階段,此階段的燃燒速度主要取決于燃料與氧的化學(xué)反映速度和與空氣的接觸速度。當(dāng)爐內(nèi)溫度很高、氧氣供應(yīng)充足而又與燃料混合強(qiáng)烈和均勻時,燃燒速度就快;反之,則燃燒速度主慢。隨著燃燒的進(jìn)行,未燃盡而被灰包圍著的少量固定炭在燃盡階段繼續(xù)燃燒,直到燃盡。以上三個階段是連續(xù)無界限的,同時也是相互交錯進(jìn)行的。
稻殼燃料的密度小,結(jié)構(gòu)比較松散,揮發(fā)分含量高,在250℃時熱分解開始,在325℃時就已十分活躍,350℃時揮發(fā)分就能析出80%??梢钥吹?,揮發(fā)分析出時間較短,若空氣供應(yīng)不當(dāng),有機(jī)揮發(fā)物容易不被燃燼而排出,排煙為黑色,嚴(yán)重時為濃黃色煙。所以,在設(shè)計燃用生物質(zhì)燃料,必須有足夠的擴(kuò)散型空氣供給,燃燒室必須有足夠的容積和一定的攔火,以便有足夠的燃燒空間和燃燒時間。
揮發(fā)分逐漸析出和燃燒后,燃料的剩余物為疏松的焦碳,氣流運(yùn)動會將一部分炭粒裹入煙道,形成黑絮,所以通風(fēng)過強(qiáng)會降低燃燒效率。固定炭燃燒受到灰分包裹和空氣滲透較難的影響,易有殘?zhí)窟z留。在循環(huán)流化床中,由于二級破碎的因素,可以很好地解決此問題。
從上述分析看出,稻殼燃料在直接燃燒時存在揮發(fā)分逸出過快、空氣供給量和供給方式在第一階段有所不同等問題。這些問題在一般的爐型中不易解決。高密度的壓縮成型生物質(zhì)顆粒燃料,由于它壓縮密實,限制了揮發(fā)分逸出速度,加之空氣流動通有一定的通道而比較均勻,燃燒過程相對較穩(wěn)定,可以改善需氧量大起大落的波動。
鍋爐燃燒生物質(zhì)燃料后,改變了鍋爐原有的燃燒狀況。由于生物質(zhì)的揮發(fā)份較高,極易引燃,為保持燃料的充分燃燒奠定了基礎(chǔ),故在很大程度上提高了混合燃料的燃燼度。
3鍋爐床料的解決辦法
以石英砂作為鍋爐的輔助燃料,這樣既能通過石英砂吸收稻殼在燃燒過程中產(chǎn)生的熱量控制床溫,也能滿足循環(huán)流化床鍋爐的底料要求,同時降低了成本。經(jīng)過合理配風(fēng),精心調(diào)整,生物質(zhì)燃料能達(dá)到完全燃燒,鍋爐負(fù)荷、主汽溫度、壓力、排煙溫度及灰渣含碳量等主要指標(biāo)均達(dá)到原設(shè)計要求。
4防止結(jié)焦及焦油產(chǎn)生的方法
4.1鍋爐易結(jié)焦的部位是對流過熱器、高溫省煤器,在實際工作中可以通過通過在生物質(zhì)燃料中摻配一定比例的CaO,來控制灰熔點,可按比值(SiO2+Al2O3)/CaO來判定,當(dāng)該值在1.6~2.13之間時灰熔點最低。對于固態(tài)排渣爐來說,只要不在該值范圍內(nèi)即可;運(yùn)行中控制爐膛溫度低于軟化溫度100℃以上,循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時的爐膛溫度900~1000℃,而生物質(zhì)燃料的灰的軟化溫度非常高,高于爐膛溫度400℃以上,所以燒100%的生物質(zhì)顆粒也不易結(jié)焦。
4.2焦油是生物質(zhì)在氣化過程中不可避免的副產(chǎn)物。由于焦油在高溫時呈氣態(tài),與可燃?xì)怏w完全混合并燃燒;對一般生物質(zhì)而言,在500℃左右時焦油產(chǎn)物最多,高于或低于這一溫度焦油都相應(yīng)減少;而鍋爐爐膛溫度大于800℃,且有富氧燃燒區(qū)域,產(chǎn)生的少量焦油能在爐膛內(nèi)燃燼,所以其對鍋爐尾部受熱面的影響是不大的。
5生物質(zhì)燃料對尾部受熱面的磨損問題
生物質(zhì)燃料的灰中含有大量的SiO2,對鍋爐尾部受熱面的磨損影響很大,在設(shè)備本身采取最有效的辦法是加裝防磨瓦。運(yùn)行中可以通過減小煙氣流速和減小飛灰顆粒直徑來控制。
結(jié)束語
生物質(zhì)是可再生的,對環(huán)境友好的潔凈能源,除了傳統(tǒng)的直接燃燒外,近年來發(fā)展了生物質(zhì)熱解、氣化、快速熱解液化、制氫等有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)路線,每種路線又采用了諸如固定床、流化床、移動床、氣流床等工藝過程,形成了一個豐富多彩的技術(shù)門類。