頭條 | 生物質(zhì)燃料結(jié)焦與積灰、焦油的防治
2019-06-11
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，燃燒生物質(zhì)燃料的熱電企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，而對于已經(jīng)服役的電站鍋爐，要想使生物質(zhì)燃料得到充分的利用，是擺在從業(yè)人員面前的重大課題。
本文對充分利用秸稈、稻殼等可再生資源，在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用進(jìn)行分析。
生物質(zhì)燃料的燃燒特性
1、含碳量較少，含固定碳少，稻殼燃料的熱值也較低，放熱量少，需要增加燃料量。
2、含氫量稍多，揮發(fā)份明顯較多，生物質(zhì)燃料易被引燃，燃燒初期，揮發(fā)分析出量較大，在空氣和溫度不足的情況下易產(chǎn)生鑲黑邊的火焰。
3、含氧量多，氧量是燃料中的雜質(zhì)，由于生物質(zhì)燃料的密度小，投入爐膛內(nèi)的燃料量較大，故在燃燒時需要空氣量相對多一些，才能使物料能完全燃燒。
4、密度小，這類燃料易于燃燒和燃燼，灰渣中殘留的碳量較少。
稻殼燃料的燃燒過程
稻殼燃料的燃燒過程同樣也是強烈的熱化學(xué)反應(yīng)，除燃料的存在外，發(fā)生燃燒必須有足夠的熱量供給和適當(dāng)?shù)目諝夤?yīng)。
可以分作：燃燒的準(zhǔn)備階段（揮發(fā)分析出）、焦炭（固定碳）燃燒階段、燃盡階段。當(dāng)?shù)練ず蜕镔|(zhì)顆粒的混合燃料（以下簡稱為燃料）送入爐膛后，首先吸收爐內(nèi)熱量，燃料中的水分蒸發(fā)，揮發(fā)分逸出，當(dāng)燃料被加熱到某一溫度時，即開始著火燃燒，進(jìn)入燃燒階段。
首先是揮發(fā)分著火燃燒，并放出大量熱對焦炭直接加熱，使焦炭也迅速燃燒起來。
燃燒階段是一個強烈的放熱階段，此階段的燃燒速度主要取決于燃料與氧的化學(xué)反映速度和與空氣的接觸速度。
當(dāng)爐內(nèi)溫度很高、氧氣供應(yīng)充足而又與燃料混合強烈和均勻時，燃燒速度就快；反之，則燃燒速度主慢。隨著燃燒的進(jìn)行，未燃盡而被灰包圍著的少量固定炭在燃盡階段繼續(xù)燃燒，直到燃盡。
以上三個階段是連續(xù)無界限的，同時也是相互交錯進(jìn)行的。
稻殼燃料的密度小，結(jié)構(gòu)比較松散，揮發(fā)分含量高，在250℃時熱分解開始，在325℃時就已十分活躍，350℃時揮發(fā)分就能析出80%。
可以看到，揮發(fā)分析出時間較短，若空氣供應(yīng)不當(dāng)，有機揮發(fā)物容易不被燃燼而排出，排煙為黑色，嚴(yán)重時為濃黃色煙。
所以，在設(shè)計燃用生物質(zhì)燃料，必須有足夠的擴(kuò)散型空氣供給，燃燒室必須有足夠的容積和一定的攔火，以便有足夠的燃燒空間和燃燒時間。
揮發(fā)分逐漸析出和燃燒后，燃料的剩余物為疏松的焦碳，氣流運動會將一部分炭粒裹入煙道，形成黑絮，所以通風(fēng)過強會降低燃燒效率。
固定炭燃燒受到灰分包裹和空氣滲透較難的影響，易有殘?zhí)窟z留。
在循環(huán)流化床中，由于二級破碎的因素，可以很好地解決此問題。
從上述分析看出，稻殼燃料在直接燃燒時存在揮發(fā)分逸出過快、空氣供給量和供給方式在第一階段有所不同等問題。
這些問題在一般的爐型中不易解決。高密度的壓縮成型生物質(zhì)顆粒燃料，由于它壓縮密實，限制了揮發(fā)分逸出速度，加之空氣流動通有一定的通道而比較均勻，燃燒過程相對較穩(wěn)定，可以改善需氧量大起大落的波動。
鍋爐燃燒生物質(zhì)燃料后，改變了鍋爐原有的燃燒狀況。由于生物質(zhì)的揮發(fā)份較高，極易引燃，為保持燃料的充分燃燒奠定了基礎(chǔ)，故在很大程度上提高了混合燃料的燃燼度。
鍋爐床料的解決辦法
以石英砂作為鍋爐的輔助燃料，這樣既能通過石英砂吸收稻殼在燃燒過程中產(chǎn)生的熱量控制床溫，也能滿足循環(huán)流化床鍋爐的底料要求，同時降低了成本。
經(jīng)過合理配風(fēng)，精心調(diào)整，生物質(zhì)燃料能達(dá)到完全燃燒，鍋爐負(fù)荷、主汽溫度、壓力、排煙溫度及灰渣含碳量等主要指標(biāo)均達(dá)到原設(shè)計要求。
防止結(jié)焦及焦油產(chǎn)生的方法
鍋爐易結(jié)焦的部位是對流過熱器、高溫省煤器，在實際工作中可以通過通過在生物質(zhì)燃料中摻配一定比例的CaO，來控制灰熔點，可按比值（SiO2+Al2O3）/CaO來判定，當(dāng)該值在1.6～2.13之間時灰熔點最低。
對于固態(tài)排渣爐來說，只要不在該值范圍內(nèi)即可；運行中控制爐膛溫度低于軟化溫度100℃以上，循環(huán)流化床鍋爐運行時的爐膛溫度900～1000℃，而生物質(zhì)燃料的灰的軟化溫度非常高，高于爐膛溫度400℃以上，所以燒100%的生物質(zhì)顆粒也不易結(jié)焦。
焦油是生物質(zhì)在氣化過程中不可避免的副產(chǎn)物。由于焦油在高溫時呈氣態(tài)，與可燃?xì)怏w完全混合并燃燒。
對一般生物質(zhì)而言，在500℃左右時焦油產(chǎn)物最多，高于或低于這一溫度焦油都相應(yīng)減少。
而鍋爐爐膛溫度大于800℃，且有富氧燃燒區(qū)域，產(chǎn)生的少量焦油能在爐膛內(nèi)燃燼，所以其對鍋爐尾部受熱面的影響是不大的。
生物質(zhì)燃料對尾部受熱面的磨損問題
生物質(zhì)燃料的灰中含有大量的SiO2，對鍋爐尾部受熱面的磨損影響很大，在設(shè)備本身采取最有效的辦法是加裝防磨瓦。
運行中可以通過減小煙氣流速和減小飛灰顆粒直徑來控制。
總結(jié)：
生物質(zhì)是可再生的，對環(huán)境友好的潔凈能源，除了傳統(tǒng)的直接燃燒外，近年來發(fā)展了生物質(zhì)熱解、氣化、快速熱解液化、制氫等有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)路線，每種路線又采用了諸如固定床、流化床、移動床、氣流床等工藝過程，形成了一個豐富多彩的技術(shù)門類。
