生物质锅炉添加剂抗结焦性能试验研究

引言

随着经济发展对能源消耗需求的日益增加,一次能源过度开发利用造成的环境污染问题越发严重,为保护环境,开发利用清洁、可再生能源已成为世界各国能源改革的重点。近年来,我国各发电集团也逐渐加大了对可再生能源的投资力度。生物质能源作为目前探明的唯一碳基可再生能源,且具有Co2零排放、储量丰富等特点,逐步成为开发利用的重点。在生物质转化利用技术中,生物质直燃发电是目前最为成熟的转化利用技术。

生物质燃料中富含碱金属(Na、K)和氯(C1)元素,燃烧过程产生的碱金属氯化物极易造成受热面结焦,且伴随有严重的受热面腐蚀,严重影响生物质直燃发电锅炉的安全稳定运行。本文以外加添加剂为主,研究不同添加剂对生物质燃料灰熔融特性的影响,以便解决生物质直燃发电锅炉高温受热面结焦问题,提高生物质发电锅炉安全稳定运行性能。

1试验

1.1添加剂选择

根据生物质锅炉高温受热面结焦机理,碱金属氯化物是造成结焦的主要因素,因此选择与碱金属氯化物具有反应活性的云母粉、高岭土、硫磺和煤为研究对象。生物质燃料为校树皮,采用校树皮燃料干重与添加剂20:1的比例进行添加。

1.2试验样品制备

粉碎的校树皮与添加物充分混合后放入瓷盘方舟,制备完毕的样品如图1所示。

1.3试验条件

采用管式炉将样品在920℃灼烧1.5h,为保证试验过程升温速率可控,控制载气流量为500mL/min,载气氧含量为4%,不发生明火。

2试验结果分析

2.1灰形态显微结构分析

试验样品灼烧后,将样品置于显微镜下观察灰形态,视野范围选择1mm,各样品显微镜下灰形态如图2所示。

由图2可以看出,纯校树皮在920℃条件下灼烧后已明显结焦,添加了云母粉、高岭土、煤的试验样品未发生明显结焦,添加硫磺的样品灰结焦情况与纯校树皮样品对照基本无改善,其效果差的原因可能是硫磺的沸点为445℃,在焦炭燃烧前已沸腾变为气态排出,几乎未与焦炭燃烧后组分发生反应。

2.2XRD分析

为进一步研究燃烧过程中添加剂对校树皮结焦特性的影响,选择了添加高岭土样品灼烧后灰样和纯校树皮灼烧后灰样进行xRD检测,结果如图3和图4所示。

由图3可以看出,纯校树皮灼烧后灰主要成分为Casio3、CaCo3及少量Ca2Mgsi2o7,NaCa2Mg5A1si7o22(oH)2、Ca5(sio4)2Co3等。Cao、CaCo3开始与sio2发生反应,生成Ca的硅酸盐,但仍有大量Ca元素以CaCo3的形式存在,灰中的大部分颗粒都由于颗粒间固相反应的存在出现互相粘连烧结的状态。

由图4可以看出,加入高岭土后,灰中主要成分发生了明显变化,主要成分为sio2、Ca2(A1(A1si)o7)(即钙铝黄长石2Cao·A12o3·sio2)及少量Casio3等。可以看到,在加入高岭土后,灰成分中的含钙硅酸盐衍射峰明显减少,只有少量强度较弱的Casio3衍射峰,si的主要存在形式为sio2:取而代之的含钙硅铝酸盐Ca2(A1(A1si)o7),是除了sio2外最强的衍射峰。从反应性上看,高岭土中的A12si2o5(oH)4相较于sio2更具反应活性,在反应生成含钙硅铝酸盐后,Cao/CaCo3不再与sio2反应,从而减轻了烧结程度。

3结语

本文研究结果表明,添加云母粉、高岭土和煤后校树皮的结焦特性均得到了明显改善,可以有效抑制校树皮灰烧结。xRD分析表明,添加高岭土后灰成分中的含钙硅酸盐衍射峰明显减少,主要成分为sio2和钙铝黄长石,Cao/CaCo3不再与sio2反应,从而减轻了烧结程度。