生物质与煤混燃灰熔融特性及其影响研究

发布时间：2017-09-03 21:42

  本文关键词：生物质与煤混燃灰熔融特性及其影响研究

  更多相关文章： 混燃发电 灰渣特性 SEM分析 XRD分析 数值模拟

【摘要】：生物质与煤混燃发电是一种极为有效的CO2减排途径,应用前景广泛。混燃发电面临的最主要技术障碍就是混燃生物质导致的锅炉积灰结渣问题。本文对影响灰渣熔融特性的因素进行了综合分析并结合CFD模拟对煤粉锅炉积灰结渣问题进行了分析。首先,在滴管炉实验平台上探究了生物质种类,混燃比例,燃烧温度和过量空气系数对灰渣熔融特性的影响。研究表明,生物质中碱金属元素K是影响混燃灰特性的关键因素,燃烧初始阶段挥发态K(g)与飞灰颗粒中Si、Al反应生成KAlSi2O6(熔点1100℃)在1300℃条件下呈熔融态,是导致灰渣融聚的关键物质。相同混燃比例下,棉杆混燃灰熔融性最强,木屑较弱,而掺烧稻壳会使混燃灰熔点升高。棉杆质量混燃比应严格限制在20%以下,木屑不宜超过30%,稻壳可在较高比例下混燃。这是由不同灰渣组分造成的灰熔融特性不同决定的。生物质与煤燃料混合不均可造成生物质中部分碱金属未被煤灰颗粒及时固定,可能导致更严重的积灰。KAlSi3O8在1220℃条件下分解为KAlSi2O6是温度对棉杆混燃灰熔融特性影响的关键,较低的燃烧温度不仅减少了低熔点化合物生成且减少了灰渣熔融相,对减轻积灰结渣有重要作用。过量空气系数增加导致S(g)反应活性增强,但S(g)优先和灰颗粒中Ca反生反应,K(g)仍然和灰颗粒中Si、Al反应生成KAlSi2O6,因此增大过量空气系数并无法改善灰渣熔融特性。其次,采用主因素分析法进行了权重分析,分析表明混燃灰中KAlSi2O6的含量和生物质中的钾含量起对灰渣特性到最为主要的影响作用。灰渣中SiO2和CaAl2Si2O6含量的影响作用位列其次。对结渣指数和主因素的线性关联分析表明,当大部分碱金属被固定在灰渣中形成低熔点硅铝酸盐时,结渣指数对混燃灰渣具有一定适用性。但结渣指数的局限性在于不能反映温度变化对灰渣熔融性造成的影响。最后,以灰渣熔融性分析为基础,结合CFD模拟,对锅炉积灰结渣做出了预测。结果表明在锅炉炉膛燃烧器区域附近的水冷壁具有一定的结渣风险,锅炉对流换热面上层的管排在背风面上具有相对较高的积灰风险,且受热面管排间距越小积灰风险越高。在30%及以下比例混烧木屑,锅炉的积灰结渣风险总体是可控的。
【关键词】：混燃发电 灰渣特性 SEM分析 XRD分析 数值模拟
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM61
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 绪论9-20
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 生物质能利用现状10-11
• 1.3 生物质燃料特性11-12
• 1.4 生物质混燃发电技术及面临的主要问题12-14
• 1.5 混燃灰熔融特性及其影响问题的研究现状14-18
• 1.6 主要研究内容及思路18-20
• 2. 试验材料及试验装置20-26
• 2.1 材料及试验装置20-22
• 2.2 装置和步骤22-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3. 生物质与煤混燃灰特性实验分析26-50
• 3.1 不同种类生物质混燃灰特性分析26-31
• 3.2 不同比例生物质混燃灰特性分析31-39
• 3.3 不同燃烧温度条件下混燃灰特性分析39-44
• 3.4 不同过量空气系数条件下混燃灰特性分析44-47
• 3.5 本章小结47-50
• 4. 影响生物质与煤混燃灰渣特性因素综合分析50-62
• 4.1 体系评价指标的选择原则50-51
• 4.2 主成分分析建模方法51-52
• 4.3 生物质与煤混燃积灰结渣特性综合评价52-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5. 大型煤粉锅炉混燃生物质模拟及其积灰结渣特性分析62-78
• 5.1 模拟对象简介62-64
• 5.2 数学模型的采用64-65
• 5.3 计算区域的选择65-66
• 5.4 炉膛及受热面网格划分66-67
• 5.5 炉体和受热面建模67-68
• 5.6 模拟结果及分析68-76
• 5.7 本章小结76-78
• 6. 结论与展望78-82
• 6.1 全文总结78-80
• 6.2 建议与展望80-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-89
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文89

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本文编号：787516