秸稈生物質(zhì)燃料燃燒特性分析(陳亮A)

1、秸稈生物質(zhì)燃料意義與燃燒特性分析作者：陳亮生物質(zhì)是一種貯存太陽能的可再生能源，用現(xiàn)代技術(shù)可以轉(zhuǎn)化成 固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，在我國是僅次于煤炭、石油和天然氣的能源, 并占有重要地位生物質(zhì)資源包括薪柴、農(nóng)林作物，尤其是為了生產(chǎn)能源而種植的能 源作物，以及農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘剩物，食品加工和林產(chǎn)品加工的下腳料，城 市固體廢棄物、生活污水和水生植物等歐洲主要國家生物質(zhì)能的開發(fā)利用均以豐富的森林資源為基礎(chǔ). 而我國有豐富的農(nóng)作物秸稈資源,國內(nèi)現(xiàn)有的生物質(zhì)鍋爐主要以燃燒 農(nóng)作物秸稈為主，但由于我國秸稈生物質(zhì)資源的開發(fā)利用尚處于起 步階段，其中約有1.45x108 t用作畜牧飼料,9.1x107t用作還hi肥 料,

2、1.4x107 t用 作工業(yè)原料,2.8x108 t作為農(nóng)民傳統(tǒng)的生活燃 料, 余下的1.0x108 t左右在田間地頭被直接焚燒了，這不僅污染環(huán)境，還 造成能源浪費(fèi)。因此，積極開發(fā)利用生物質(zhì)能對解決能源短缺和協(xié)調(diào) 環(huán)境發(fā)展有重要意義.生物質(zhì)燃料特性分析根據(jù)發(fā)電燃燒的特點(diǎn)，農(nóng)作物秸稈一般分 為兩類:一類為黃色秸稈又稱軟質(zhì)秸稈，主要包括麥秸、玉米秸和稻草 等,在生物質(zhì)秸稈燃燒應(yīng)用中占很大比重;另一類為灰色秸稈又稱硬 質(zhì)秸稈，主要 包括棉稈、麻稈等。我國常見的、有代表性的3種黃色秸稈（稻草、麥秸和玉米秸）為 研究對象，分析其燃料特性，并判別其燃燒過程中的結(jié)渣特性。不同生 物質(zhì)的元素分析結(jié)果不同,灰分

3、組成也有明顯的羌異.常見生物質(zhì)燃料和煙煤的工業(yè)成分分析及元素構(gòu)成分析種類 工業(yè)分析成分/% mdafadafvdafcgd 元素組成/% cdafhdafsdafndaf 低 位發(fā)熱值qydw/kj kg-1 稻草4.9713.8665.1116.0648.305.300.090.8113980麥秸4.938.9067.3619.3549.606.200.070.6115370玉 米 秸4.875.9371.9517.7549.306.000.110.7015680 煙 煤 1.09 24.64 31.58 42.69 57.12 2.91 0.82 0.98 24300常見生物質(zhì)燃料和煙煤的

4、灰分組成/%生物質(zhì)灰分灰分含量 sio2a12o3tio2fe2o3caomgona2ok2oso3cl 麥秸7.055.31.90.10.76.11.11.725.64.41.318.774.71.00083017101231212玉米秸3.272.24.30.24.75.13.91.34.40.1 22.8 煙 煤 11.7 46.9 19.6 1.3 23.8 2.2 1.4 0.4 0.5 生物質(zhì)的揮發(fā)分含量較多，特別是玉米秸的揮發(fā)分高達(dá) 70%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過煙煤;生物質(zhì)固定碳含量較低，不到20%,而煙煤的固定 碳含量超過生物質(zhì)的兩倍;另外,生物質(zhì)的含硫量和熱值明顯低于煙 煤.3種生物質(zhì)中

5、灰分含量相差很大，玉米秸的灰分含量最低，稻草的灰 分含量最高，麥秸和玉米秸的灰分含量遠(yuǎn)低于煙煤;生物質(zhì)灰分中 sio2和cao含量較高，均超過煙煤，其中sio2含 量超過總灰分的50%; 另外，生物質(zhì)灰中的堿金屬氧化物(k2o+na2o)的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煙煤.生物質(zhì)特性對燃燒的主要影響有以下4點(diǎn)：一是含水量高、熱值低，產(chǎn)生的煙氣體積較大，排煙熱損失較高,因而爐 膛溫度低，燃燒效率也較低；二是揮發(fā)分含量高，析出速度快，燃料在爐內(nèi)能快速著火燃燒,燃燒時(shí) 需補(bǔ)充大量空氣,否則會造成空氣供給量不足，難以保證生物質(zhì)燃料充 分燃燒，從而影響鍋爐的燃燒效率；三是固定碳的含量遠(yuǎn)小于煙煤,市于固定碳的燃點(diǎn)高，其含

6、量越高越難 燃燒，因此生物質(zhì)很容易燃燒；四是生物質(zhì)燃料中的硫、氮、碳含量較低可以降低電廠so2和nox 的排放,co2近似零排放.生物質(zhì)結(jié)渣特性的判別目前主要是根據(jù)灰成分，采用堿性指數(shù)、堿 酸比的方法評價(jià)生物質(zhì)積灰結(jié)渣的特性，稻草的結(jié)渣性最強(qiáng)，其次是 麥 秸，玉米稈的結(jié)渣可能性較小由堿酸比判別法得到的結(jié)果與堿性 指數(shù)法相比存在一些差異，對于生物質(zhì)而言，說明用酸堿比判別法判別 結(jié)渣特性有待進(jìn)一步研究。生物質(zhì)是清潔的可再生能源，這是生物質(zhì)鍋爐發(fā)展的主要優(yōu)勢之 一然而由于秸稈生物質(zhì)自身的燃料特性，以及堿金屬和氯的存在，使 得生物質(zhì)直燃鍋爐比燃煤鍋爐更容易產(chǎn)生積灰、結(jié)渣和腐蝕等問題. 目前生物質(zhì)利用中

7、普遍存在的堿金屬問題，直接制約了生物質(zhì)鍋爐的 發(fā)展,這已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注.主要堿金屬對結(jié)渣的影響 結(jié)渣是個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程,其主要 形態(tài)是以黏稠或熔融的沉淀物形式出現(xiàn),而造成結(jié)渣的一個(gè)重要原因 是燃料層的溫度高于灰的軟化溫度.在燃煤鍋爐的燃燒過程中，過量空 氣系數(shù)、爐膛溫度等參數(shù)對結(jié)渣率有重要影響,而生物質(zhì)具有區(qū)別于 煤炭的燃料特性，除了以上參數(shù)的影響外,堿金屬特別是k,c1,s元素對 積灰結(jié)渣和腐蝕有重要影響.k元素在秸稈生物質(zhì)中含量較高,主要形 成氧化物、氯化物和硫酸鹽,這些化合物都表現(xiàn)為低熔點(diǎn)當(dāng)k及其化 合物凝結(jié)在飛灰顆粒上時(shí)具有黏性和低熔點(diǎn),k的凝結(jié)速度和擴(kuò)散速 率對灰粒熔點(diǎn)

8、和黏性有著決定性作用。c1元素在生物質(zhì)燃燒中起著傳輸作用，有助于堿金屬元素從燃料 顆粒內(nèi)部遷移到顆粒表面與秸稈生物質(zhì)燃料燃燒特性分析其他物質(zhì) 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且c1元素有助于堿金屬元素的氣化，與堿金屬物質(zhì) 反應(yīng)生成相對穩(wěn)定且易揮發(fā)的堿金屬氯化物另外,c1元素,特別是k 元素的化合物，還有助于增加無機(jī)化合物的流動(dòng)性堿金屬sci元素?fù)] 發(fā)出來，相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后以硫酸鹽或氯化物的形式凝結(jié)在 飛灰顆粒和受熱面壁面上，多數(shù)硫酸鹽呈熔融狀態(tài)，增加了沉積層表面 的黏性，加劇結(jié)渣程度隨著堿金屬元素氣化程度增加,沉積物數(shù)量及 黏性也不斷增加同時(shí)，還會發(fā)生氣體和沉積物灰渣本身的反應(yīng)，使結(jié) 渣層更厚.我國

9、常見的3種秸稈生物質(zhì)(稻草、麥秸和玉米秸)的灰分, 稻草的堿金屬氧化物(k2o+sio2+so3)含量約為88.2%,麥秸約為 85.3%,玉米稈約為76.7%o通過以上堿金屬對 結(jié)渣影響的分析可以 看出,稻草的結(jié)渣性大于其他兩種秸稈.氯對腐蝕的影響生物質(zhì)燃料 的c1含量比煤炭高,c1元素可以將k從穩(wěn)定的硅酸鹽中吸收出來, 形成低熔點(diǎn)腐蝕性強(qiáng)的硫酸鹽，一方面，這些硫酸鹽在管壁上結(jié)成釉 瓷狀的渣膜,該渣層在表面溫度升高融化時(shí)放出s03并向內(nèi)外擴(kuò)散，使 管壁氧化層破壞;另一方面，這些硫酸鹽再吸收so3并與fe2o3,a12o3牛成焦硫酸鹽，該鹽通常在管壁溫度下呈熔融狀態(tài)，對管壁的氧化膜造成腐蝕.另外,hc1也是c1析出的一種重要形式，它對于金屬的高溫 腐蝕有重要影響，玉米稈的燃燒過程中c1對腐蝕的影響會更加嚴(yán)重.我國的生物質(zhì)直燃技術(shù)主要以燃燒農(nóng)作物秸稈為主，而秸稈生物 質(zhì)的燃料特性和煤炭有很大差距,這些燃料特性導(dǎo)致不同生物質(zhì)結(jié)渣 特性的差異在我國具有