秸秆燃烧过程中受热面沉积腐蚀问题研究

摘要

生物质能作为一项重要的可再生能源，具有低硫、低灰、高挥发分CO2零排放的特性。目前直接燃烧发电是最成熟且应用最广的生物质能源化利用技术，但由于生物质燃料碱金属含量较高，灰熔点低，往往容易给炉膛或炉内换热器表面带来严重的沉积和腐蚀问题。生物质燃烧过程中的沉积与腐蚀情况互相影响，一般而言，受热面沉积物不但影响换热，还是导致高温腐蚀发生的关键，因此，沉积和腐蚀问题已成为威胁生物质锅炉长期运行的的主要因素。为了深入了解秸秆燃料燃烧过程中锅炉受热面上沉积腐蚀的发生和发展机理，本文依托自行搭建的生物质粉体旋流燃烧器系统并结合实际生物质锅炉工程中遇到沉积腐蚀问题对受热面沉积过程进行研究，探究其过程和机理。
　　 首先，根据研究要求设计搭建了可连续运行的多功能生物质粉体旋流燃烧系统，该装置可满足粉状的生物质燃料的燃烧，实现不同过量空气系数条件下不同生物质种类的稳定高效燃烧，产生的稳定流量的真实生物质烟气。本研究在上述试验台架上根据结渣特性的不同，选择了差异较大的软质稻草秸秆、硬质棉花杆和木质燃料木屑作为研究燃料，并在炉内沿燃料燃烧流动方向位置设置三个取样片，着重研究了炉膛位置、沉积时间、燃料种类和采样片位置等因素对沉积的影响。
　　 其次，针对广东湛江220t/h生物质锅炉屏式过热器高温受热面面临的的沉积腐蚀问题进行了研究，通过对实际沉积样本分析测试发现:屏式过热器稳定的沉积层有典型的分层结构，从内到外可划分为结构和成分特点各不相同的三层，其中贴壁处的成分受高温腐蚀过程的影响较显著;而中间层为高含量的碱金属盐及石英砂等惰性床料杂质;外层则由于温度较高，KCl含量降低，以熔点较高的硫酸盐、床料颗粒和其他熔点较高的硅铝酸盐为主。研究发现由于外层KCl含量的降低，外表面的局部熔融现象减少，黏附性降低，因而捕集烟气中颗粒相的能力下降，可在一定程度上解释炉内沉积层厚度发展随时间有趋于稳定的现象。另外，研究发现生物质锅炉高温受热面的腐蚀主要为沉积物中碱金属氯化物的高温熔融腐蚀，氯在腐蚀过程中并未被消耗，而是起到催化剂的作用在高温沉积物中循环作用，因而可造成比较严重的高温腐蚀。
　　 为了在实际工程中抑制受热面沉积，本研究还对惰性抑焦剂抑制受热面沉积的效果进行了研究。针对性实验表明通过加入以熔点较高的惰性物质为主要成分的抑焦剂，在700-800℃条件下可以一定程度上缓解生物质锅炉受热面沉积物的烧结，通过改变受热面沉积结构和烧结特性以抑制高烧结强度沉积物形成的机制在实验室研究中得到了一定程度的验证。但研究还发现在1000℃时，抑制剂反而会对沉积物的烧结起到促进作用。由于后续的抑焦剂的工业实炉测试并没有取得实验室中的效果，将其投入实际工业应用还需要进一步的研究探索。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 生物质能概况介绍

1．3 生物质利用技术

1．4 生物质直燃技术

1．4．1 悬浮燃烧技术

1．4．2 层燃燃烧技术

1．4．3 流态化燃烧技术

1．5 本文选题背景和主要内容

2 秸秆燃烧过程中受热面沉积腐蚀的机理研究综述

2．1 引言

2．2 生物质燃烧过程中受热面沉积过程与机制

2．3 生物质燃烧过程中高温腐蚀机理与研究现状

2．3．1 金属氧化物及氯化物的热力学稳定性

2．3．2 腐蚀机理

2．3．3 减轻沉积腐蚀问题的措施

2．4 本章小结

3 试验系统设计

3．1 引言

3．2 试验装置设计过程

3．2．1 燃料的燃烧计算

3．2．2 炉膛形状的确定

3．2．3 给料装置及燃料输送系统的设计与改进

3．2．4 水平烟道设计

3．2．5 电辅加热的设计

3．3 试验系统及过程

3．4 本章小结

4 生物质燃料燃烧过程中影响沉积形成因素的试验研究

4．1 燃料的选取与给粉特性

4．2 燃料特性分析

4．2．1 工业分析和元素分析

4．2．2 灰成分分析

4．3 试验工况

4．3．1 稻草的试验工况

4．3．2 棉花杆的试验工况

4．3．3 木屑的试验工况

4．4 影响沉积形成因素的试验与分析

4．4．1 燃烧时间对沉积的影响

4．4．2 炉膛位置对沉积的影响

4．4．3 燃料对沉积的影响

4．4．4 受热面布置方式对沉积的影响

4．5 本章小结

5 生物质锅炉受热面沉积腐蚀工程案例分析

5．1 引言

5．2 广东湛江高温高压循环流化床高温受热面腐蚀情况研究

5．2．1 湛江生物质电厂概况

5．2．2 沉积腐蚀物分析

5．2．3 结论

5．3 采用添加剂抑制生物质锅炉受热面沉积的试验研究

5．3．1 试验基础和方法

5．3．2 试验结果与分析

5．3．3 结论

5．4 本章小结

6 全文总结与工作展望

6．1 主要研究总结

6．2 本文主要创新点

6．3 未来工作展望

参考文献

作者简历