生物质流态化燃烧粘结失流特性研究

论文摘要

生物质在燃烧过程中,燃料中的碱金属元素（主要为K）和床料中硅元素发生反应生成低熔点物质,在常规流态化燃烧温度下,燃烧生成物容易熔融,熔融物粘附床料形成粘结团,引起失流现象。因此研究生物质流态化燃烧特性、床料粘结失流特性和燃烧后灰形态具有重要的理论价值,对于生物质利用具有很高实用价值。本论文以中国典型的生物质为研究对象,利用5 kW鼓泡流化床实验装置和0.15MWt循环流化床实验装置,对生物质鼓泡流化床和循环流化床燃烧特性和床料粘结特性进行了实验研究。利用FactSage6.1化学平衡计算软件,对生物质流态化燃烧过程中的化学反应特性和元素转化、分布特性进行了理论分析。通过实验研究和理论分析相结合,对生物质流态化燃烧粘结特性进行了深入的研究。设计并搭建5 kW鼓泡流化床实验装置,对生物质鼓泡流化床燃烧床料粘结失流特性的实验研究表明,失流时间随着床层温度上升而缩短；随着流化风速增加,失流时间增大,但不能完全避免失流；床料粒径对失流时间无明显影响。生物质灰与石英砂反应产物熔融粘附床料是引起失流的主要原因,实验后床料的最小流化速度随着温度升高而增大。分别在燃料和床料中添加钙元素,对碱土金属元素钙对失流影响的研究表明,碱土金属元素Ca具有减缓失流的作用；当床料中碱土金属元素Ca增多时,未燃尽燃料表面粘附床料颗粒形成形状和燃料相似的粘结块是引起失流的主要原因；实验后床料表面碱金属元素K明显增多,床料熔融粘结物的主要成分是Si,K和Ca元素。生物质在循环流化床燃烧时,得出以下结论：燃料中K、Na、Ca、Mg、Fe、Al和S元素主要分布在飞灰中,其次是循环灰,底渣中含量最低；飞灰中K、S和Na元素主要为水溶性,小麦秸秆和皇竹草实验后底渣和循环灰中水溶性K、S、和Na元素含量较高；飞灰中Cl-、SO42含量较高,皇竹草和小麦秸秆循环灰中Cl-、SO42含量高于玉米秸秆和棉杆,循环灰中的Cl-、SO42对失流起到促进作用；旋风分离器锥段底部循环灰粘结聚团,循环灰不能进入立管是引起失流的主要原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 燃料中碱金属元素转化特性
• 1.2.2 床料粘结形成过程分析
• 1.2.3 影响床料粘结失流的因素
• 1.2.4 床料粘结失流的缓解方法
• 1.2.5 床料粘结失流的预判方法
• 1.2.6 生物质流态化燃烧化学平衡分析
• 1.3 本论文的主要研究内容和方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 鼓泡流化床燃烧粘结失流特性实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验装置与方法
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 实验过程及运行工况判定
• 2.2.3 检测仪器和方法
• 2.3 实验方案
• 2.3.1 实验对象的选取
• 2.3.2 失流影响因素实验
• 2.3.3 床料流化特性实验
• 2.3.4 烟气排放特性实验
• 2.4 实验现象分析
• 2.5 失流影响因素
• 2.5.1 床层温度
• 2.5.2 床料粒径
• 2.5.3 流化风速
• 2.5.4 燃料形状对失流的影响
• 2.6 床料流化特性变化
• 2.7 烟气排放特性
• 2.7.1 燃烧室温度分布
• 2.7.2 分级燃烧对烟气排放的影响
• 2.7.3 床料中钙含量对烟气排放的影响
• 2.8 元素分布特性
• 2.8.1 XRF元素分析
• 2.8.2 SEM-EDS分析
• 2.8.3 K元素分布
• 2.8.4 粘结块切面分析
• 2.9 本章小结
• 第三章 生物质循环流化床燃烧粘结特性实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验装置
• 3.3 实验物料
• 3.3.1 燃料
• 3.3.2 床料
• 3.4 实验方案
• 3.5 实验结果分析
• 3.5.1 燃烧室温度分布特性
• 3.5.2 失流现象分析
• 3.5.3 烟气排放特性
• 3.6 元素分布特性
• 3.6.1 检测分析方法
• 3.6.2 ICP-OES元素检测分析
• 3.6.3 碱金属元素迁移特性
• 3.6.4 碱土金属元素迁移特性
• 3.6.5 离子色谱分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 钙元素对粘结失流影响实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验装置与实验方案
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 生物质燃料
• 4.2.3 床料
• 4.2.4 实验方案
• 4.2.5 检测方法
• 4.3 燃料中钙元素对失流特性的影响
• 4.4 石英砂-氧化钙床料失流特性分析
• 4.5 白云石床料失流特性分析
• 4.5.1 失流现象
• 4.5.2 床料粘结块分析
• 4.5.3 床层温度的影响
• 4.5.4 流化风速的影响
• 4.5.5 床料粒径的影响
• 4.6 元素分布特性
• 4.6.1 加钙皇竹草
• 4.6.2 石英砂-氧化钙混合床料
• 4.6.3 白云石床料
• 4.7 本章小结
• 第五章 FactSage计算分析
• 5.1 引言
• 5.2 FactSage6.1软件介绍
• 5.3 FactSage计算方法
• 5.3.1 计算思路和流程
• 5.3.2 床层温度对失流的影响
• 5.3.3 钙元素对失流的影响
• 5.4 床层温度对失流的影响
• 5.4.1 K元素分布特性
• 5.4.2 床层温度对S、Cl转化的影响
• 5.4.3 床层温度对产物中液相物的影响
• 5.4.4 相图分析
• 5.5 钙元素对失流的影响
• 5.5.1 K元素分布特性
• 5.5.2 S、Cl分布特性
• 5.5.3 钙元素对固、液相物的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文和研究成果
• 攻读博士学位期间参与的科研课题
• 致谢