生物質(zhì)顆粒中元素對(duì)生物質(zhì)鍋爐的影響

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。

1、主要堿金屬對(duì)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(duì)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,Cl,S元素對(duì)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(duì)灰粒熔點(diǎn)和黏性有著決定性作用。

Cl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Cl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(duì)穩(wěn)定且

易揮發(fā)的堿金屬氯化物.另外,Cl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,S,Cl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(huì)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%。通過以上堿金屬對(duì)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。

2、氯對(duì)腐蝕的影響

生物質(zhì)燃料的Cl含量比煤炭高,Cl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SO3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,Al2O3生成焦硫酸鹽,該鹽通常在管壁溫度下呈熔融狀態(tài),對(duì)管壁的氧化膜造成腐蝕.

另外,HCl也是Cl析出的一種重要形式,它對(duì)于金屬的高溫腐蝕有重要影響，玉米稈的燃燒過程中Cl對(duì)腐蝕的影響會(huì)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.

在我國具有代表性的3類生物質(zhì)秸稈中,稻草的結(jié)渣性遠(yuǎn)高于玉米秸,生物質(zhì)中堿金屬和Cl的含量會(huì)加劇結(jié)渣和腐蝕的可能.因此,研究生物質(zhì)燃料特性有利于減輕燃燒中存在的結(jié)渣腐蝕等問題,并可促進(jìn)生物質(zhì)燃燒技術(shù)的發(fā)展，提高生物質(zhì)鍋爐的使用。我國在這方面需要加強(qiáng)向生物質(zhì)燃料利用很成熟的。

3、生物質(zhì)木質(zhì)顆粒

根據(jù)以上兩點(diǎn)可以看出來，秸稈類生物質(zhì)燃料不適合鍋爐內(nèi)燃燒，生物質(zhì)木質(zhì)顆粒，應(yīng)用于大部分工業(yè)鍋爐及浴室鍋爐，效果良好，滿足用戶用熱需求，有效減少燃煤鍋爐的污染，降低改造燃?xì)忮仩t的運(yùn)行成本和投資成本。