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生物質顆粒對生物質鍋爐的影響

文章出处:生物质鍋爐廠家責任編輯:自然人生物質鍋爐人氣:-发表时间:2018-08-25 10:38【
1、生物質顆粒燃料特性
  燃料特性主要包括:水分質量分數、揮發分質量分數、元素成分、發熱量、灰分質量分數及其成分、顆粒粒徑的分布、破碎特性、密度等幾個方面。生物質顆粒燃料的特殊性主要表現在以下幾個方面:
  (1)生物質顆粒燃料揮發分高,析出溫度低,且析出過程短。
  (2)水分質量分數多變,高水分對燃燒的初始階段影響很大。
  (3)生物質燃燒後灰分少,灰的質地松軟。
  (4)生物質顆粒燃料的半焦活性高,燃盡快。
  (5)生物質顆粒燃料的硫質量分數低,汙染物排放質量濃度低。
  (6)多數一年生草本類生物質鉀、氯質量分數高。
2、生物質顆粒燃料特性对锅炉的影响
  燃料特性對鍋爐的影響主要體現在:著火的難易、燃燒的穩定性、結渣和黏結、成灰的特性及爐內灰的質量濃度分布、燃燒效率、汙染物排放、受熱面布置、破碎系統的選取、輔機的選用。
  生物質生物質燃燒過程:首先是燃料顆粒得到高溫床料的加熱並幹燥;然後是燃料熱解及揮發分燃燒;接著是某些顆粒會發生膨脹和一級破碎;最後是焦炭燃燒並伴隨磨損現象。
  生物質顆粒燃料特別易燃,揮發分燃燒在短時間內完成(約3s)。半焦燃燒主要階段在燃料入爐後8~10s,半焦的基本燃盡需要45~50s,因此生物質在爐膛的燃燒過程和煤的燃燒過程在發生時間、燃燒曆程等方面有著顯著的區別。
  2.1灰分質量分數的影響
  生物質需要大量的床料顆粒在循環回路中循環,使得熱量分布更加均勻,傳熱更快,燃燒更充分。
  2.1.1對燃燒的影響
  灰分質量分數的增加使鍋爐物料循環量增加,使爐膛燃燒溫度下降,特別對采用中溫分離的生物質鍋爐尤为明显。采用中温分离的生物质生物質鍋爐,一般情况下返料温度在620℃左右,而當含灰量大大增加時,會使返料溫度低于550℃,從而使爐膛溫度迅速降低,有時甚至造成爐膛滅火事故。
  2.1.2對負荷的影響
  烟气中灰分质量浓度对生物質鍋爐炉膛的传热系数影响很大,当灰分质量浓度增加时,水冷壁的对流和辐射传热系数都将增加,因此灰分质量浓度作为调节负荷与床温的手段被广泛采用。
  2.1.3對料層的影響
  在生物質鍋爐运行中维持床高的相对稳定十分重要。床层过高、过低都会影响流化质量,引起结焦。
  2.1.4對尾部受熱面布置的影響
  燃料灰分質量分數影響煙氣中飛灰質量濃度,從而影響尾部受熱面的積灰和磨損。由于生物質顆粒燃料外帶灰量的影響,使尾部省煤器積灰嚴重,因此省煤器結構由原來的錯列布置改爲順列布置。
  爲了盡量減少燃料中灰分質量分數變化産生的不利影響,當燃料含灰多時,一般采取放底渣的方式。當生物質顆粒燃料含灰少時,靠自身的灰量無法滿足床料循環的要求,則在運行中一般需要添加床料。所加床料成爲循環物料的主體,且應不易被磨損,如采用石英砂、河砂等。
  2.2灰成分的影響
  稭稈灰750℃開始熔融,1000℃後熔融質量分數超過30%,1200℃徹底處于融化狀態。灰的成分不同,則灰的熔點和燒結溫度也不同,對流化床運行的結團、結渣和高溫腐蝕的影響也不同,碳酸化、硫鹽化産物易引起黏結,灰的硬度也不同。表2是對稭稈原料灰熔點及灰成分分析。
生物质颗粒灰成分分析表
 
  從表2中可以看出:稭稈具有很高的堿金屬含量,燃盡後草灰中的鉀與床料中的相互作用生成低熔點的化合物,因而容易在高溫爐膛內結焦。在流態化燃燒過程中主要表現在床層聚團和水冷壁及爐膛內受熱面結焦等方面。床層聚團發生的主要原因是局部熔融的生物質半焦或者灰顆粒黏附在床料顆粒之後降低了流化質量,導致局部流化不充分引起局部高溫,高溫又加劇了灰顆粒的熔融,從而強化了床料顆粒之間的黏結,使流化進一步惡化,最終使流化失敗。因此,作爲燃用生物質的生物質鍋爐,要解决燃料在锅炉中燃烧容易引起结团、结焦的问题。
  對流受熱面易形成高溫黏結灰,積灰則是由生物質中易揮發物質(主要是堿金屬鹽)在高溫下揮發進入氣相後,與煙氣、飛灰一起流過煙道和受熱面(主要是過熱器和再熱器)等設備時,會通過一系列的氣固相之間的複雜的物理和化學過程,以不同的形態在對流受熱面上發生凝結、黏附或者沈降。積灰容易産生高溫堿金屬腐蝕、鍋爐尾部低溫氯腐蝕和飛灰搭橋等問題,在鍋爐設計和運行中須引起注意。
  針對流態化過程的結焦聚團導致流化失敗和堿金屬導致的高溫腐蝕、低溫腐蝕問題,可以從以下幾個方面加以解決:
  (1)利用生物質易燃特性,控制燃燒回路溫度。由于生物質灰熔點普遍較低,爐膛采用750~850℃(根據燃料的灰熔點確定)能有效抑制堿金屬的結渣,減少腐蝕的發生。
  (2)密相區選擇合適的流化速度,通過調整循環倍率,通過循環物料把合適的熱量攜帶到爐膛上部。
  (3)采用足夠的爐膛換熱面積,或在爐膛上部布置自然循環水冷屏,以降低爐膛出口煙氣溫度。
  (4)中溫循環灰保證密相區穩定的運行溫度(700℃以下),同時保持密相區一定的溫度。
  (5)設計獨特的高效分離裝置和較大的返料通徑,保證循環回路通暢。
  (6)高溫級受熱面布置在較低煙氣區域,控制金屬壁面溫度。
  (7)依據工質溫度選擇合適的材料。中溫中壓參數的高溫過熱器的材質一般選用12Cr1MoVG,高溫高壓參數鍋爐的高溫過熱器用耐腐蝕的不鏽鋼,如TP347或SUS316等,甚至可以采用臨界參數鍋爐才用的SA-213T91[1]
  (8)尾部受熱面管組一般采用順列布置,橫向節距要比燃煤鍋爐大,可以防止飛灰搭橋。采用合適的吹灰手段有效控制灰沈積。
  (9)低溫區域(空氣預熱器)常選擇09CuPCrNi-A(考登鋼),或搪瓷管等防腐蝕材料,以減少低溫氯腐蝕對鍋爐的不利影響。
  2.3水分質量分數的影響
  生物質顆粒燃料中水分質量分數(含水量)普遍較高,因此對鍋爐爐膛運行的影響很大,主要體現在:
  (1)燃料入爐後水分大量吸熱,導致密相床溫降低,影響燃料的著火、燃燒。
  (2)使得燃燒中心上移,爐膛上部溫度過高。
  (3)燃盡度降低,增加了不完全燃燒損失。
  (4)煙氣量增加,尾部受熱面吸熱份額增加。
  (5)鍋爐排煙溫度提高,熱損失增加,降低了鍋爐效率(見表3)。
 
  隨著含水量的增加,排煙溫度和熱損失明顯增加,因此含水量是燃料利用效率降低的主要因素。同時燃料含水量還對其穩定燃燒有著不利的影響。因此,生物質生物質鍋爐虽然对水分波动的适应性较强,但要达到良好的经济效益应尽量控制入炉燃料的水分在合理范围内。
  2.4燃料顆粒粒徑的影響
  生物質燃燒對燃料的適應性較廣,對入爐燃料粒徑要求並不嚴格。但生物質顆粒燃料密度小、質地柔軟、有韌性,破碎難度大,大部分易纏繞,流動性極差,過大或過小的顆粒粒徑都不太合適。
  2.4.1對爐前處理設備及給料設備的影響
  生物質有兩類燃料:硬杆和軟杆。硬杆密度大,一般采用鏈板輸送;軟杆密度小,體積膨松,一般采用螺旋鉸龍輸送。顆粒小,破碎要求相應提高,成本增加;顆粒大,會帶來纏繞、堵塞等問題,影響燃料輸送。
  2.4.2對鍋爐燃燒的影響
  生物質顆粒燃料一般較輕,其燃燒一般是揮發分析出和焦炭的燃燒。顆粒太小,爐內停留時間太短,不能燃盡,增加尾部受熱面積灰及飛灰含碳量;顆粒太大,爐內顆粒分布不均,揮發分析出慢,焦炭顆粒大,燃燒不充分,影響鍋爐正常運行。因此,生物質顆粒燃料顆粒粒徑應加以控制,對于稭稈類的燃料破碎後尺寸控制在2~3cm爲宜,最大尺寸小于10cm。
3、結語
  生物質顆粒燃料含灰量对生物質鍋爐的稳定燃烧、炉膛的传热系数、尾部受热面的积灰和磨损都有很大的影响,维持相对稳定的燃烧环境在运行中十分重要。控制燃烧区域温度,选择合适的下料速度也很重要。生物質顆粒燃料大都含有很多水分,影响其着火、燃烧,降低锅炉效率,因此应尽量控制入炉燃料的水分。太大的燃料颗粒会使得燃烧不充分,影响锅炉正常运行,也必须适当加以控制。
  只有對生物質顆粒燃料的特殊性充分掌握,在設計和運行中才能更好地加以利用,提高鍋爐及其系統設備的適應性和可靠性,以使生物質直燃技術産生更高的社會和經濟效益。
 


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