生物質(zhì)燃料成份對生物質(zhì)流化床燃燒的影響

第42卷第5期鍋爐技術(shù)Vol 42. No 52011年9月BOILER TECHNOLOGYSep., 2011文章編號:CN31-1508(2011)09-0075-04生物質(zhì)燃料成份對生物質(zhì)流化床燃燒的影響趙晴川(山東電力研究院,山東濟南250002)要:基于流化床的生物質(zhì)燃燒技術(shù)應用日益廣泛。生物質(zhì)燃料流化床的缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生床體結焦?；业慕M分和生物質(zhì)燃料中的硫、氯是影響流化床鍋爐燒結傾向、鍋爐污染速率、灰沉積過(guò)程、結焦和過(guò)熱器腐蝕的主要因素。以灰成分為基礎劃分生物質(zhì)燃料,可分為具有顯著(zhù)的不同燃燒特性的3類(lèi)。在實(shí)踐的基礎上,闡述了各類(lèi)生物質(zhì)燃料及其灰分特性以及在流化床燃燒中的特點(diǎn)關(guān)鍵詞:生物質(zhì);灰分;流化床燃燒;床體聚集;結渣中圖分類(lèi)號:X705文獻標識碼:B0前言度、凈發(fā)熱量、氮和氯含量等。該標準還列出了表征生物質(zhì)燃料化學(xué)特性的一些典型參數及其近年來(lái)對生物質(zhì)燃料的需求在不斷增長(cháng)。數值包括灰成分、高位和低位發(fā)熱量、主要可燃與傳統燃料相比,生物質(zhì)燃料燃燒更加困難。燃物質(zhì)(C,H,O,N,S)、鹵素(CL和F)等。該標準料隨季節和所在地區而不同,水分可能很高。燃中給出了大量固體生物質(zhì)燃料的具體特性,包括料的預處理和給料系統較復雜。燃燒生物質(zhì)鍋針葉樹(shù)木及落葉樹(shù)木的樹(shù)干和樹(shù)皮、伐木屑、灌爐普遍存在沾污、灰沉積、結焦和過(guò)熱器腐蝕等木、秸稈和谷物、雜草、果殼等。盡管CEN/Ts問(wèn)題。14961以標準形式提供了不同固體生物質(zhì)燃料的固體生物質(zhì)燃料常用的工業(yè)燃燒技術(shù)是鼓重要信息和數據,但從燃燒學(xué)方面來(lái)看,這些分泡流化床(BFB)、循環(huán)流化床(CFB)和層燃鍋爐。類(lèi)并不足以完全描述不同生物質(zhì)的燃料特性其中基于流化床(BFB和CFB)的技術(shù)應用日益廣泛。生物質(zhì)流化床鍋爐的燃燒與灰成分密切2生物質(zhì)燃料的灰分相關(guān)?；页练e物和生物質(zhì)中的硫、氯是影響流化從燃燒觀(guān)點(diǎn)看,生物質(zhì)燃料以灰分可劃分為床鍋爐結焦傾向、鍋爐污染速率、灰沉積過(guò)程、結3類(lèi):焦、和過(guò)熱器腐蝕的主要因素。以灰成分為基礎(1)灰中富CaK貧Si生物質(zhì);可將生物質(zhì)燃料劃分為具有不同燃燒特性的三(2)灰中富Si貧Ca、K生物質(zhì);大類(lèi)。每類(lèi)生物質(zhì)燃料特性和灰特性各不相同,(3)灰中富Ca、KNa生物質(zhì)。決定了其在在流化床燃燒中的特性大多數木質(zhì)燃料屬第一類(lèi)。稻殼、甘蔗渣、1生物質(zhì)燃料或春季成熟的草本植物是典型第二類(lèi)生物質(zhì),葵花籽殼和菜籽餅是第三類(lèi)燃料。歐洲標準委員會(huì )固體生物質(zhì)燃料分類(lèi)標準CEN/TS14961把生物質(zhì)分成三大類(lèi):木質(zhì)生物3灰分中富鈣和鉀、貧硅的生物質(zhì)質(zhì)、草本生物質(zhì)以及果實(shí)類(lèi)生物質(zhì)。三大類(lèi)之下木質(zhì)生物質(zhì)與其他化石燃料相比,含低氮包含一些子類(lèi),以及自然混合物和人工混合物。(重量百分比0.3%~0.7%),低硫(0.03%~此標準提供了包括木炭、木屑鋸末、原木、0.05%),以及低灰分(0.1%~6%)。水分通常橄欖樹(shù)種子、草磚等眾多木質(zhì)顆粒狀生物質(zhì)燃料很高達到50中國煤化工低位發(fā)的特性和規格,如燃料尺寸、水分、灰分、堆積密熱量。CNMHG收稿日期:2010-07-22作者簡(jiǎn)介:趙晴川(1972-),男,副教授、高級工程師,從事電站鍋爐燃燒優(yōu)化、性能分析、節能改造等工作76鍋爐技術(shù)第42卷木質(zhì)生物質(zhì)的灰分通常富含Ca和K,見(jiàn)表處于700℃~900℃正常運行溫度的床料中的石1。CaO在樹(shù)干和樹(shù)皮灰分中占30%~50%,英(SiO2)反應,在床料顆粒上形成一層硅酸鉀、K2O濃度達到15%,甚至更高。MgO也是木質(zhì)硅酸鈣外殼。此外殼隨時(shí)間增厚,顆粒尺寸增灰中主要成分之一,占4%~10%。鈉含量通常大。此殼層具有粘性,床體顆粒會(huì )聚集導致尺寸比較低。Na2O通常在木質(zhì)生物質(zhì)灰中低于3%。更大。當遇到在鍋爐運行波動(dòng),或偶然的床溫偏如果Na2O灰分很高,通常是由于污染,或植物生高,會(huì )造成整個(gè)床體會(huì )結渣。通過(guò)定期排渣和加長(cháng)在鹽地土壤造成的。入新沙粒以保持床體堿含量足夠低可以控制床表1不同物質(zhì)的灰成分wv/%料聚集。燃料灰分與床料的化學(xué)反應是復雜的,通常減少床料的石英含量能減輕床體的聚集。波蘭煤煤泥針葉林樹(shù)皮森林沉積物木質(zhì)燃料的灰熔點(diǎn)變化很大,并與灰成分變SO274.7324.811.62.8化很大有關(guān)。通常如果燃料的堿和氯含量越高,Fe: O9.5結渣和初始變形溫度就越低。Cao3.8燃燒過(guò)程中木質(zhì)燃料灰分在900℃~1000℃開(kāi)始聚集和結渣,而煤和煤泥通常在此溫度K,O2.41.49.2范圍是安全的。木質(zhì)生物質(zhì)燃料鍋爐常與煤和Na,o1.10.50.9煤泥混燒。木質(zhì)生物質(zhì)燃料的灰分比化石燃料P,O3.74.2灰分更具活性。煤和煤泥的灰分主要由石英及其他8.4各種硅酸鹽礦物質(zhì)組成,它們不像在生物質(zhì)中注:煤和煤泥在815℃下灼燒樹(shù)皮和森林沉積物在那樣自由,因此在流化床燃燒中不活躍,即灰分575℃下灼燒。的活性較低。盡管燃燒生物質(zhì)燃料比煤和煤泥SiO2自然存在于一些如云杉和白楊的木材更困難,但隨鍋爐和材料技術(shù)的發(fā)展,目前木質(zhì)中。如果含有大量的Al2O3和SiO2表明被土壤生物質(zhì)燃燒技術(shù)日趨完善。在造紙業(yè),許多木中的硅酸鋁所污染。質(zhì)生物質(zhì)燃燒鍋爐已達到很好的可靠性,超生物質(zhì)灰成分嚴重依賴(lài)于植物的種類(lèi)和部過(guò)800h/a位,樹(shù)干、樹(shù)皮、分支、樹(shù)葉具有不同的灰成分。木質(zhì)生物質(zhì)在大型鍋爐燃燒過(guò)程的高溫高土壤、肥料、天氣情況等也顯著(zhù)影響灰成分。每壓環(huán)境下,生物質(zhì)燃料和其灰分的負面特性被放種元素的含量波動(dòng)范圍在幾十個(gè)百分點(diǎn)是常大。與煤和煤泥鍋爐相比,鍋爐的沾污、灰沉積見(jiàn)的腐蝕等問(wèn)題更為突出。燃燒木質(zhì)生物質(zhì),除了灰生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的灰顆粒非常細,只有幾微成分外,還應了解灰的活性。生物質(zhì)燃料通常與米。含鈣、鉀的灰很容易在受熱面表面沉積,形其他燃料混燒,應了解灰分間的反應特性,以及成富含CaO、CaSO4和K2SO4的積灰,如果吹灰煙氣與灰的反應特性。不及時(shí),過(guò)熱器區域的灰沉積物會(huì )硬化,導致受早期的生物質(zhì)燃料通常采用傳統鍋爐,與化熱面沾污。在省煤器區煙氣溫度低于500℃,沉石燃料的鍋爐類(lèi)似,輻射過(guò)熱器布置在燃燒區的積物較疏松,通過(guò)吹灰方式能夠較容易地清除。上部,暴露在惡劣的燃燒環(huán)境中,沾污、灰沉積MgSO4在鍋爐燃燒過(guò)程中不穩定,不參與灰的形腐蝕等問(wèn)題突出,限制了鍋爐容量的發(fā)展。目前成過(guò)程中隨著(zhù)新技術(shù)的采用,生物質(zhì)燃料鍋爐容量逐漸增燃料中的氯能夠加劇受熱面沾污,并增加過(guò)大。例如,福斯特惠勒流化床鍋爐中采用了外置熱器的高溫腐蝕危險。氯在樹(shù)干中含量低,干木床式過(guò)熱器,爐膛和鍋爐尺寸考慮了低熱值的生材中約0.01%~0.02%。樹(shù)皮中略高,約物質(zhì)燃料和更高的煙氣流量,容量最高達到2400.02%~0.03%。森林沉積物和灌木氯含量為MW,蒸汽溫度壓力超過(guò)10MPa。0.02%~0.03%,與樹(shù)皮同等水平。明顯的例外中國煤化工4灰富是桉樹(shù)樹(shù)皮包含高含量的氯,通常為0.2%CNMHG0.3%,曾經(jīng)分析到濃度高達0.98%第二類(lèi)燃料化學(xué)成分和燃燒特性非常紛雜。在流化床燃燒中,生物質(zhì)灰分中的鉀和鈣與此類(lèi)燃料多為草本或農作物燃料。其中谷物葉第5期趙晴川:生物質(zhì)燃料成份對生物質(zhì)流化床燃燒的影響子含高K和CL。稻殼和甘蔗渣的灰中含有很高多其他生物燃料。稻殼灰分中SO2超過(guò)90%的SO2,見(jiàn)表2。這一點(diǎn)與稻草有顯著(zhù)區別。稻殼灰中鉀和鈣含表2麥稈,稻草稻殼和甘蔗渣量低于稻草,大約15%的K2O和3.5%的CaO575℃灼燒后的灰成分(w/%)稻殼的灰熔點(diǎn)很高,大約1500℃。麥稈稻草稻殼甘蔗渣稻殼是水稻產(chǎn)區常見(jiàn)的一種生物質(zhì)燃料,通SiOz59,969.9常采用層燃或流化床燃燒。稻殼灰顆粒具有保Al,O0.1持鍋爐受熱面不受污染的特點(diǎn),即使與易結焦燃0.20.12.5料混燒,也不會(huì )產(chǎn)生明顯的沾污和結焦。稻殼這3.40,46.2種的清潔作用可能是由于稻殼的物理沖刷作用。1.60.3由于稻殼灰的顆粒大并含有堅硬的SO2顆粒,對K2O16.915.3l.8受熱面起到?jīng)_刷的效果。Na, o5灰中富Ca、K、Na生物質(zhì)其他7.41.46.0第三類(lèi)生物質(zhì)燃料常見(jiàn)的是食品工業(yè)中向生物質(zhì)燃料的灰分組成根據生物質(zhì)植物的日葵莖和菜籽餅,其灰中主要含有K2O、CaO和種類(lèi)和不同部位而不同。土質(zhì)肥料、和天氣情P2O3,見(jiàn)表3。況等也顯著(zhù)影響鉀鈉氯和磷含量,尤其是農作表3向日葵莖及菜籽餅的灰成分(wt/%)物的生物質(zhì)灰分。向日葵莖菜籽餅稻草中的鉀含量以及鉀(和鈉)的可溶性與0.0氯含量以及氯的可溶性相關(guān)。這一特性可以影Al2 O3響農作物的堿和氯含量。例如,在多雨的年份Fez O30.20.3稻草中的氯含量比干早年份的低,因為部分氯被雨水溶解了。季節對于農作物灰成分也有明顯影響例如春季的稻草相比秋季稻草的鉀和氯含K,O27.5量要低。從燃燒角度評價(jià),春季稻草的灰特性更利于燃燒。PrO18.541.1稻草約有5%~10%的灰。SiO2是灰的主要其他39.711.8成分,其波動(dòng)范圍很大。其他主要灰成分包括此類(lèi)作物的灰中鉀,鈉,氯和磷的含量受到K2O5%~30%,CaO4%~14%。有時(shí)Na2O和土質(zhì)、肥料、和天氣情況的顯著(zhù)影響。而且這類(lèi)P2O3也很高,可分別達到10%和8%。谷物葉子農作物生物質(zhì)含氯,增加了氯引起的過(guò)熱器高溫中的氯成份與木質(zhì)燃料相比更高,在干麥稈中可腐蝕的危險?；胰埸c(diǎn)溫度與稻草類(lèi)似,燒結開(kāi)始達2%。稻殼中氯含量相對低,通常低于0.1%,于700℃,灰在1200℃以下完全融化。而在稻草中則高達0.7%根據目前有限的運行實(shí)踐表明,這類(lèi)燃料燃谷類(lèi)稻草的灰熔特性較低,燒結溫度在700燒過(guò)程中易沾污。但它們可以在普通高效流化℃~900℃,軟化溫度在低于1000℃,完全融化床鍋爐中與一定比例的煤混燒。實(shí)踐表明流化在1200℃以下。一般認為稻草具有高反應活床鍋爐中石灰石可與高堿高磷的燃料混燒。石性、高度易沾污、易結焦和腐蝕的特性?；沂淖饔每筛艣r為:(1)提供鈣與磷反應,生成稻草類(lèi)(表2)流化床燃燒過(guò)程中也存在的床高灰熔點(diǎn)的磷酸鈣,代替低熔點(diǎn)的磷酸鉀;(2)包料聚集現象,其化學(xué)機理與木質(zhì)生物質(zhì)鍋爐(表裹硅酸鹽顆粒,防止與磷酸鉀(鈣)反應。硅酸鹽2)有所不同。稻草燃燒過(guò)程中,床料的聚集是由來(lái)自床料,可粘性的或部分熔融的灰顆粒產(chǎn)生的而木質(zhì)生物在流化床燃燒中國煤化工,尤其是質(zhì)燃燒時(shí)的床料聚集是由床料顆粒表面具有粘CNMHG性的堿和鈣硅酸鹽層造成的。6結語(yǔ)稻殼的灰成分在干料中15%~25%高于許固體生物質(zhì)燃料按照灰成分可分為3類(lèi)。鍋爐技術(shù)第42卷每類(lèi)在流化床燃燒中表現出相似性,如床料聚OF DIFFERENT TYPES OF BIOMASS IN CFB BOILERS集、易沾污受熱面、腐蝕等。各類(lèi)燃料之間的燃[C]. 16 European Biomass Conference. Feria valencia燒特性有較大差別?；诨曳謱θ剂线M(jìn)行分類(lèi)有助于評估和預測生物質(zhì)燃料的燃燒特性,并有[2]葉貽杰陳漢平,王賢華,楊海平,趙向富張世紅,生物質(zhì)流化床燃燒過(guò)程中的結渣特性[.可再生能源,2007,25(3):助于預測多燃料混合燃燒時(shí)的灰分之間的反應。[3]宋鴻偉郭民臣,王欣,生物質(zhì)燃燒過(guò)程中的積灰結渣特性參考文獻[].節能與環(huán)保,2003(9):29-31[1] Hiltunen M., Barisic V, Coda Zabetta E. COMBUSTIONBiomass Composition Combustion Performance in CFB BoilersZHAO Qing-chuan(Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250002, ChinAbstract: The technologies based on fluidized bed biomass combustion are becoming increasingly popular. Biomass-fired CFB may suffer from bed agglomeration, Ash compositiontogether with sulfur and chlorine contents in biomass fuels are the main factors having animpact on the risk of bed agglomeration in fluidized bed boilers, and on the rate of boilerfouling, deposit formation, slagging, and superheater corrosion. On the basis of ash compo-sition, the biomass fuels can be divided into three groups having significant differences incombustion. This paper reviews in light of experience what are the main differences in fueland ash properties and how the fuels from each group can be fired in CFB boilers.Key words: bimass; ash content; CFB combustion; bed agglomeration; slag(上接第43頁(yè))Numerical Simulation of the Gas-Solid Two phase flow in SquareCyclone Separator with Different InletZHENG An-qiao', GAO Fa-niat(1. Shanghai Bluebirdme Environment Development Co. Ltd, Shanghai 200333, China;2. Weihai Urban Planning Dessign Institute Co. Ltd, Weihai 264500, China)Abstract: A CFD simulation based on RSM turbulent model was carried out by Fluent 6. 3to calculate the flow field, the grade separation efficiency, friction factor and the particletrajectory inside 4 types of square cross-section cyclone separator with different inlets. TheRSM CFD simulation was first demonstrated to be good by the comparison of the velocitydistribution between the calculated results and the experimental results by particle dynamicanalyzer. Then it was applied to carry out the simulation of the flow field, pressure fieldseparation efficiency, particle trajectory inside the separation, respectively. The resultsshowed clearly the vector flow field, local vortex中國煤化工sefulinformationCNMHGKey words: Circulating Fluidized Bed; separator; square cyclone Separator; numencal sImulation