成灰溫度對生物質(zhì)與煤混合燃燒熔融性的影響

成灰溫度對生物質(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)燃燒的問題。首先，它可以解決生物化工生產(chǎn)的不穩(wěn)定問題。由于生物化工的特點(diǎn)是一定季節(jié)性產(chǎn)生的，因此可以簡單地解決這個(gè)問題。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。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)渣的問題.國內(nèi)學(xué)者對于生物質(zhì)灰特性進(jìn)行了廣泛的研究,但成灰溫度對生物質(zhì)與煤混燒中灰熔融性的影響沒有進(jìn)行深入研究.秦建光等的研究表明,生物質(zhì)灰成分測試中存在偏差的問題.這里主要研究成灰溫度對生物質(zhì)與煤混燒過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)室灰熔融性測量值與實(shí)際鍋爐運(yùn)行過程中結(jié)渣趨勢不符的原因.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VarioELⅢ元素分析儀,工業(yè)分析依據(jù)GB/T212-2008標(biāo)準(zhǔn)測量,發(fā)熱量采用ASTMD3286標(biāo)準(zhǔn)測量,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,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,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10%后,對TD的影響較為明顯,直到稻秸稈含量超過80%后變化趨勢變緩.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其TS和TF的影響很大,但對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,對于生物質(zhì)燃料而言,若采用高溫成灰方式,使得測量數(shù)據(jù)不能真實(shí)地反映灰的熔融性,也就不能通過灰熔融性來判斷鍋爐的結(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;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,但對于SiO