生物质与烟煤混燃成渣特性及影响因素研究

摘要

随着环境恶化、气候变化、能源短缺深入人心，生物质的开发与资源化应用不仅引起社会各界的关注，同时也是国内外的研究热点。目前，生物质与煤混合利用已经得到了广泛关注，其中生物质与煤混燃发电技术作为一种非常有效的生物质利用方式得到了有益的尝试，前景广阔。但是由于添加生物质引起的积灰结渣问题还没有得到有效地解决，严重威胁锅炉运行的安全性、可靠性。本文以海草、梨木、榛子壳、秸秆等生物质原料和神木烟煤为研究对象，开展其混合灰熔融特性和混燃成渣特性的实验研究和理论分析。 首先，在标准制灰条件下，实验研究了生物质灰与煤灰在不同混合比例下的混合灰熔融特性及影响因素，结果表明：生物质中碱金属元素，特别是K，Na、Ca三种元素，是影响混燃灰熔融特性的关键因素。随着生物质含量升高，其所含有的K，Na等碱金属元素含量升高，灰熔融变形温度下降；相反生物质含量降低，Si、Al、Mg和P元素含量升高，变形温度升高。而对木质生物质，其Ca元素含量较高，能够在一定程度上提高生物质灰、及其与煤灰混合灰的熔融温度。生物质灰和煤灰的混合灰熔融特性显示，高温下灰内形成的碱金属矿物质直接影响着混合灰的初始变形温度。 其次，采用沉降炉模拟电站锅炉实际运行工况下生物质与煤混燃过程，实验研究了在实际燃烧下生物质与煤的混燃成渣特性，对实际工况下生物质与煤混燃灰渣的成渣趋势作为解释说明，结果表明：随着样品中生物质掺混比例升高，混燃灰渣中碱金属K、Na元素含量明显升高，混燃灰渣中更容易形成富含碱金属元素的矿物质，如长石、类长石等，这些矿物质具有较低熔点和较强表面粘附力，并且能够与灰内SiO2、Al2O3等矿物质互熔，引起灰内颗粒的聚集生长，是造成灰渣成渣的关键因素。 最后，为了更好判别灰内各因素和燃烧条件对混燃成渣特性影响规律，采用降维思想的主成分分析方法对灰分中引起灰分成渣的因素进行甄别和分析，表明混燃灰中K、Na元素含量对灰成渣起到主要作用，Si、Al元素可以抑制灰渣成渣，S、Cl元素、燃烧温度和生物质混燃比例对灰渣成渣都起到促进作用。通过对几个主要因素的比较，基于目前常用的酸碱比的判别公式，拟合出一个有关积灰结渣的成渣公式，即：还原率（K+Na/Si+Al+Ca）+氧化率（Cl+S/Si+Al）以及一个相关温度和混燃比例的修正系数。通过对本实验以及相关实验数据进行验证，该公式对积灰结渣的判别和预测有一定适用性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 生物质能利用现状及相关政策

1.3 生物质能利用研究现状

1.3.1 生物质燃料的收集、运输和储存

1.3.2 生物质灰熔融特性及其影响因素

1.3.3 生物质灰成渣特性及其影响因素

1.3.4 防治生物质参与燃烧锅炉受热面结渣措施

1.4 主要研究内容和思路

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究思路

2 生物质灰与烟煤灰混合灰样的灰熔融特性

2.1 实验装置和方法

2.1.1 实验材料

2.1.2 灰熔融实验装置

2.2 实验结果及分析

2.2.1 混合灰样灰熔融特性

2.2.2 灰样微观形貌特征和灰内组分对灰熔融特性影响

2.3 本章小结

3 生物质与烟煤混燃飞灰的成渣特性

3.1 实验装置和方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 沉降炉实验系统

3.1.3 飞灰收集装置

3.2 生物质与煤混燃成渣特性分析

3.2.1 海草与煤不同比例混燃成渣特性

3.2.2 梨木与煤不同比例混燃成渣特性

3.2.3 榛子壳与煤不同比例混燃成渣特性

3.2.4 秸秆与煤不同比例混燃成渣特性

3.2.5 不同生物质与煤混燃成渣特性

3.3 本章小结

4 成渣程度判别及修正

4.1 煤灰熔融结渣判别指标

4.2 生物质与煤混燃成渣特性判别

4.2.1 主成分分析法基本原理

4.2.2 生物质与煤混燃成渣特性评价指标

4.2.3 计算结果及分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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