调制粉煤灰添加剂对生物质燃烧沉积灰及其腐蚀特性影响研究
发布时间：2021-11-04 09:15
生物质作为能源具有来源广泛、绿色可再生的特点,是化石能源的理想替代品。当前,生物质直燃技术在可再生能源利用领域已经逐渐成熟并初具规模。但是生物质燃料中通常钾、钠、钙等碱金属、碱土金属元素和氯元素的含量较高,这些元素尤其是钾元素含量过高,会导致燃烧时生物质锅炉出现如高温过热器表面积灰、炉内结渣、设备腐蚀等一系列问题,严重影响了生物质锅炉运行的安全性和经济性。本文针对这些问题,从生物质沉积灰特性层面研究了造成生物质锅炉受热面积灰、结渣和腐蚀的机理,在此基础上提出使用硅铝添加剂作为生物质燃料的抗结渣腐蚀添加剂,并深入研究和探讨了硅铝添加剂的作用效果及添加剂配比;进一步提出了使用调制粉煤灰作为添加剂的方案,并通过试验探讨了粉煤灰调制硅铝添加剂的作用效果。选用小麦和棉花秸秆两种生物质燃料,对生物质灰的形貌特征和物相组成特征进行了分析。试验发现两种生物质随着温度的升高,成灰率逐渐减少,表面收缩结渣现象更加严重。小麦秸秆灰中钾、硅、氯元素含量很高,随着燃烧温度的提高,灰中的KCl会逐渐以气态形式释放,进而造成锅炉内换热表面的氯腐蚀;棉花秸秆灰中含量最高的元素为钾、钙、镁,灰中的钾浓度高达225.55...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１不同浓度的ＮａＣＩ涂层作用下的腐蚀增重曲线图［２１］??
??达到７２％。熔融的钾化合物有Ｋ２０、ＫＣ１和Ｋ２Ｓ０＾ＫＣ１和Ｋ２Ｓ〇４主要在７００－８００°Ｃ??的中温下产生；Ｋ２０则在８５０°Ｃ以上的高温产生。Ｍａｓｏｎ等【２６］测定了生物质燃料??在燃烧过程中钾的释放模式。在７５０°Ｃ以上的温度中气相中的ＫＣ１，?ＫＯＨ可以保??持稳定。随着温度降低，蒸发的气相钾直接在换热表面上冷凝，或与其它组分反??应并保留在飞灰中，继而沉积到热交换表面导致积灰。燃烧过程中钾的释放主要??集中在焦炭燃烧阶段，脱挥发分阶段和燃尽后的钾释放量相对较小，如图１－３所??示。燃烧过程中钾的释放情况与生物质种类有关，钾含量较高的草本生物质燃尽??时间短，因此钾的释放时间较短，而木本生物质虽然钾含量低，但钾的释放时间??长。??Ｉ挥发分ｉ同定碳燃烧?燃尽阶段??ｉ燃烧丨??１祕＾＿??０％?２５％?５０％?７５％?１００％??燃烧过程??图１－３燃烧各阶段钾的释放曲线??生物质灰中的钾元素主要以氯化钾和硫酸钾形式存在。降低秸秆／木质生物??质的燃烧温度，可以在灰中固定下更多的钾。Ｎｉｕ等［２？１测试了生物质电厂燃烧的??７??
２试验方案与分析方法??样表征分析。试验流程如图２－１所示。??ＳＥＭ－ＥＤＳ??■■■??署?微观形貌、元＿分析??霸?〃?一＝！?，??粉媒灰?．—Ｈ一■，灰样分析—？?ｆ?■??称爱取样■ｉｉ－ｉ?＿Ｊ??ｌＳ．．，ｉｌ?＿测试??Ｗｍ?烧麵?ＸＲＤ??Ｔ＂＿?＿??；１—Ｉ—??—??晶相分析??图２－１试验系统流程图??试验样品预处理方法在２．１中己经给出，利用生物质样品和添加剂烧制灰样??的步骤如下：??（１）对于使用添加剂的样品，提前按添加剂使用比例称取生物质粉末与添??加剂粉末，混合均匀，得到混合样品。??（２）用天平称取混合后的样品１０ｇ，均匀地平铺于瓷舟中。为保证燃烧充??分，每平方厘米瓷舟表面的样品质量不超过ｏ．ｌｇ。??（３）用马弗炉烧制灰样。本试验选用６００°Ｃ、７００°Ｃ、８００°Ｃ、９００°Ｃ的温度??范围来进行试验，由于目前我国还没有生物质灰的相关分析标准，因此试验参考??了?ＧＢ／Ｔ１５７４－１９９５《煤灰成分分析方法》中的制灰方法。试验中先将炉温升至??５００°Ｃ保持３０ｍｉｍ然后继续升温至设定温度，灼烧２ｈ，期间打开炉门，使样品??与空气充分接触以防燃烧不充分［５４］。??（４）完成制灰后，将制得的灰样置于干燥皿中冷却至室温，密封保存。重??复上述步骤，制得不同试验条件下下的灰样。??对灰样表征分析包括形貌分析和物相分析。通过观察和称重可以直接得到灰??样的成灰量、结渣情况、颜色状态等宏观形貌，利用扫描电子显微镜观察灰粒的??微观形貌。通过能谱仪和电感耦合等离子光谱发生仪可以测得灰中相关元素的含??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国农村生物质能源利用分析研究[J]. 吴佳佳,耿利敏. 中国林业经济. 2019(05)
[2]生物质能发电技术现状解析[J]. 郦林俊,王双童,汪建平. 电力科技与环保. 2019(04)
[3]富磷添加剂对生物质燃烧中积灰结渣和腐蚀作用的探析[J]. 刘璐,王永征,王旭,李云罡,孙宇. 可再生能源. 2018(07)
[4]造纸污泥添加剂对麦秆灰烧结熔融特性的影响[J]. 李婷婷,黄艳琴,刘华财,袁洪友,阴秀丽,吴创之. 燃料化学学报. 2017(11)
[5]钙基废弃物对生物质燃烧脱氯的影响[J]. 李诗杰,韩奎华,郝力勇,路春美. 化工进展. 2017(05)
[6]基于复合添加剂的生物质成型燃料的灰分特性[J]. 赵青玲,王梅杰,赵建松,张百良,赵廷林. 太阳能学报. 2017(04)
[7]生物质灰结渣和腐蚀特性[J]. 李海英,张泽,姬爱民,赵荣煊,杨鹏. 环境工程技术学报. 2017(01)
[8]生物质锅炉积灰特性与露点腐蚀[J]. 马海东,王云刚,赵钦新,陈衡,梁志远,金鑫. 化工学报. 2016(12)
[9]中低温烟气换热器气侧积灰、磨损及腐蚀的研究[J]. 何雅玲,汤松臻,王飞龙,赵钦新,陶文铨. 科学通报. 2016(17)
[10]多因素添加剂对玉米秸秆结渣特性影响的研究[J]. 刘兵,逄明华,聂永芳,李瑞华,马孝琴. 太阳能学报. 2016(04)
博士论文
[1]富钾生物质及其炭燃烧中钾析出和控制研究[D]. 李辉.山东大学 2016
[2]生物质燃烧过程积灰形成机理的实验研究[D]. 徐晓光.清华大学 2009
硕士论文
[1]生物质与煤混烧灰特性及成灰改性实验研究[D]. 尤默.华中科技大学 2015
[2]添加剂对生物质燃烧灰沉积和腐蚀特性的影响规律研究[D]. 余滔.山东大学 2013
[3]碱性矿物质与硫对生物质与煤混合燃烧成灰特性的影响[D]. 朱晨军.沈阳航空工业学院 2010
[4]生物质混烧过程中碱金属对成灰特性的影响[D]. 彭钦春.华中科技大学 2008
本文编号：3475443
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１不同浓度的ＮａＣＩ涂层作用下的腐蚀增重曲线图［２１］??
??达到７２％。熔融的钾化合物有Ｋ２０、ＫＣ１和Ｋ２Ｓ０＾ＫＣ１和Ｋ２Ｓ〇４主要在７００－８００°Ｃ??的中温下产生；Ｋ２０则在８５０°Ｃ以上的高温产生。Ｍａｓｏｎ等【２６］测定了生物质燃料??在燃烧过程中钾的释放模式。在７５０°Ｃ以上的温度中气相中的ＫＣ１，?ＫＯＨ可以保??持稳定。随着温度降低，蒸发的气相钾直接在换热表面上冷凝，或与其它组分反??应并保留在飞灰中，继而沉积到热交换表面导致积灰。燃烧过程中钾的释放主要??集中在焦炭燃烧阶段，脱挥发分阶段和燃尽后的钾释放量相对较小，如图１－３所??示。燃烧过程中钾的释放情况与生物质种类有关，钾含量较高的草本生物质燃尽??时间短，因此钾的释放时间较短，而木本生物质虽然钾含量低，但钾的释放时间??长。??Ｉ挥发分ｉ同定碳燃烧?燃尽阶段??ｉ燃烧丨??１祕＾＿??０％?２５％?５０％?７５％?１００％??燃烧过程??图１－３燃烧各阶段钾的释放曲线??生物质灰中的钾元素主要以氯化钾和硫酸钾形式存在。降低秸秆／木质生物??质的燃烧温度，可以在灰中固定下更多的钾。Ｎｉｕ等［２？１测试了生物质电厂燃烧的??７??
２试验方案与分析方法??样表征分析。试验流程如图２－１所示。??ＳＥＭ－ＥＤＳ??■■■??署?微观形貌、元＿分析??霸?〃?一＝！?，??粉媒灰?．—Ｈ一■，灰样分析—？?ｆ?■??称爱取样■ｉｉ－ｉ?＿Ｊ??ｌＳ．．，ｉｌ?＿测试??Ｗｍ?烧麵?ＸＲＤ??Ｔ＂＿?＿??；１—Ｉ—??—??晶相分析??图２－１试验系统流程图??试验样品预处理方法在２．１中己经给出，利用生物质样品和添加剂烧制灰样??的步骤如下：??（１）对于使用添加剂的样品，提前按添加剂使用比例称取生物质粉末与添??加剂粉末，混合均匀，得到混合样品。??（２）用天平称取混合后的样品１０ｇ，均匀地平铺于瓷舟中。为保证燃烧充??分，每平方厘米瓷舟表面的样品质量不超过ｏ．ｌｇ。??（３）用马弗炉烧制灰样。本试验选用６００°Ｃ、７００°Ｃ、８００°Ｃ、９００°Ｃ的温度??范围来进行试验，由于目前我国还没有生物质灰的相关分析标准，因此试验参考??了?ＧＢ／Ｔ１５７４－１９９５《煤灰成分分析方法》中的制灰方法。试验中先将炉温升至??５００°Ｃ保持３０ｍｉｍ然后继续升温至设定温度，灼烧２ｈ，期间打开炉门，使样品??与空气充分接触以防燃烧不充分［５４］。??（４）完成制灰后，将制得的灰样置于干燥皿中冷却至室温，密封保存。重??复上述步骤，制得不同试验条件下下的灰样。??对灰样表征分析包括形貌分析和物相分析。通过观察和称重可以直接得到灰??样的成灰量、结渣情况、颜色状态等宏观形貌，利用扫描电子显微镜观察灰粒的??微观形貌。通过能谱仪和电感耦合等离子光谱发生仪可以测得灰中相关元素的含??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国农村生物质能源利用分析研究[J]. 吴佳佳,耿利敏. 中国林业经济. 2019(05)
[2]生物质能发电技术现状解析[J]. 郦林俊,王双童,汪建平. 电力科技与环保. 2019(04)
[3]富磷添加剂对生物质燃烧中积灰结渣和腐蚀作用的探析[J]. 刘璐,王永征,王旭,李云罡,孙宇. 可再生能源. 2018(07)
[4]造纸污泥添加剂对麦秆灰烧结熔融特性的影响[J]. 李婷婷,黄艳琴,刘华财,袁洪友,阴秀丽,吴创之. 燃料化学学报. 2017(11)
[5]钙基废弃物对生物质燃烧脱氯的影响[J]. 李诗杰,韩奎华,郝力勇,路春美. 化工进展. 2017(05)
[6]基于复合添加剂的生物质成型燃料的灰分特性[J]. 赵青玲,王梅杰,赵建松,张百良,赵廷林. 太阳能学报. 2017(04)
[7]生物质灰结渣和腐蚀特性[J]. 李海英,张泽,姬爱民,赵荣煊,杨鹏. 环境工程技术学报. 2017(01)
[8]生物质锅炉积灰特性与露点腐蚀[J]. 马海东,王云刚,赵钦新,陈衡,梁志远,金鑫. 化工学报. 2016(12)
[9]中低温烟气换热器气侧积灰、磨损及腐蚀的研究[J]. 何雅玲,汤松臻,王飞龙,赵钦新,陶文铨. 科学通报. 2016(17)
[10]多因素添加剂对玉米秸秆结渣特性影响的研究[J]. 刘兵,逄明华,聂永芳,李瑞华,马孝琴. 太阳能学报. 2016(04)
博士论文
[1]富钾生物质及其炭燃烧中钾析出和控制研究[D]. 李辉.山东大学 2016
[2]生物质燃烧过程积灰形成机理的实验研究[D]. 徐晓光.清华大学 2009
硕士论文
[1]生物质与煤混烧灰特性及成灰改性实验研究[D]. 尤默.华中科技大学 2015
[2]添加剂对生物质燃烧灰沉积和腐蚀特性的影响规律研究[D]. 余滔.山东大学 2013
[3]碱性矿物质与硫对生物质与煤混合燃烧成灰特性的影响[D]. 朱晨军.沈阳航空工业学院 2010
[4]生物质混烧过程中碱金属对成灰特性的影响[D]. 彭钦春.华中科技大学 2008
本文编号：3475443
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