基于灰成分的生物质结渣特性研究

论文摘要

当今世界能源与环境问题日益突出,生物质能源作为一种清洁可再生能源受到越来越多的关注,生物质发电呈现出很好的发展势头。然而,在实际的生物质燃烧、气化利用过程中,很容易发生结渣现象,这已成为生物质锅炉运行的重大问题之一。因此,对生物质灰熔融特性的机理展开深入研究,掌握生物质在燃烧过程中的结渣特性,减小结渣发生的可能性,为生物质锅炉安全高效运行提供可行的解决方案,对我国生物质能规模化利用水平的提高有重要意义。本文主要针对生物质灰成分对灰熔点的影响展开相关工作。通过添加剂、水洗等实验方法,辅以灰熔点测量、SEM/EDS等分析手段对生物质结渣特性进行了研究。具体研究内容如下：首先,对麦秆、酒糟、糠醛渣、甘蔗渣、玉米芯、梧桐木和瓜子壳等7种生物质的基本性质进行了研究,利用SEM/EDS方法和YX-HRD灰熔融性测定仪对各种生物质进行了灰特性的研究。结果表明：生物质燃料挥发分含量大大超过煤,氢的含量也较多,含氧量较高,而含碳量低,这使生物质燃料容易点燃,但也使得生物质燃料热值较低。同时不同的生物质灰分含量差别很大；不同生物质灰在局部形态上存在着明显差别,总体上表现为形貌各异的不规则粒子；对大部分生物质灰而言,硅、钾和钙是主要的无机元素,高含量的碱性元素是导致生物质灰熔点偏低的原因。其次,改变生物质灰成分,即通过添加剂和水洗的试验方法增加或降低生物质灰中某成分含量,并研究其熔融特性。通过添加剂试验发现氧化钠始终起到降低灰熔点的作用；氧化钾、氧化钙、氧化硅、氧化镁、氧化铝对生物质灰熔点的影响都呈现两面性。生物质流化床锅炉不宜采用石英砂作为床料,可根据燃料的不同选择石灰石、白云石、高铝矾土等作为床料,其中石灰石、白云石仅对秸秆流化床锅炉的结渣抑制效果较好。生物质中K、Ca、Cl、S、P等主要以易溶相存在,Na只有很少量以离子态存在,水洗效果并不是太好。在生物质灰主要元素成分中,水洗效率由高到低的排列顺序为：Cl>K>S>Fe>P>Ca>Na>Mg。K元素、Cl元素是造成生物质灰熔点偏低的主要因素。随水洗温度的升高,生物质灰熔点一般会呈现先升高后降低的趋势,最佳水洗温度在60℃～70℃左右。生物质的灰熔点随着液固比的增大而不断升高,但是当液固比过高时,其对灰熔点的影响已不大,麦秆的最佳液固比为25（ml／g）。最后,建立生物质灰成分与灰熔点的逐步回归模型,模型通过负相关系数检验、t检验和F检验。通过对ST预测值与实际值的比较,发现回归模型的相对误差较小,适用于生物质灰熔点的预测。研究发现煤灰结渣判别指数不适用于生物质。推导出新的生物质结渣判别指数：A=（MgO+Al2O3+Fe2O3）／CaO,经验证该指数是可行的。生物质灰熔点ST基本随着A值的增大呈升高趋势,且A值小于2.0时,生物质严重结渣。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 1 前言
• 1.1 生物质能源的特点
• 1.2 生物质能源利用技术
• 1.3 生物质灰的特点
• 1.4 灰熔融性研究现状
• 1.4.1 灰熔融性机理研究现状
• 1.4.2 灰熔融特性的预判
• 1.5 本课题研究目的及研究内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 2 试验依据及试验方案
• 2.1 试验依据
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 样品的制备
• 2.2.2 生物质成分的测量
• 2.2.3 生物质灰熔点的测量
• 2.2.4 生物质灰熔融性的添加剂试验
• 2.2.5 生物质的水洗试验方法
• 2.2.6 电镜扫描和能谱分析（SEM-EDS）
• 2.3 本章小结
• 3 生物质灰熔融特性
• 3.1 生物质成分
• 3.2 生物质灰特性分析
• 3.2.1 生物质成灰过程中的相关元素
• 3.2.2 生物质灰SEM-EDS分析
• 3.2.3 生物质灰熔融特性的分析
• 3.3 本章小结
• 4 添加剂对生物质灰特性的影响
• 4.1 碱金属对生物质灰熔点的影响
• 4.1.1 氧化钠对生物质灰熔点的影响
• 4.1.2 氧化钾对生物质灰熔点的影响
• 4.2 氧化钙对生物质灰熔点的影响
• 4.3 氧化镁对生物质灰熔点的影响
• 4.4 氧化铝对生物质灰熔点的影响
• 4.5 氧化硅对生物质灰熔点的影响
• 4.6 本章小结
• 5 水洗对生物质灰特性的影响
• 5.1 水洗温度对灰熔点的影响
• 5.2 液固比对灰熔点的影响
• 5.3 水洗生物质灰的SEM-EDS分析
• 5.3.1 水洗生物质灰的SEM分析
• 5.3.2 水洗生物质灰的EDS分析
• 5.4 添加剂与水洗在实际工程中的选用
• 5.5 本章小结
• 6 基于灰成分的生物质结渣特性预判
• 6.1 生物质灰熔点与灰成分的逐步回归模型
• 6.1.1 逐步回归模型的原理
• 6.1.2 逐步回归模型的建立与检验
• 6.2 生物质结渣判别指数
• 6.2.1 煤灰结渣的常规判别指标
• 6.2.2 基于煤灰结渣判别指标的生物质灰特性
• 6.2.3 生物质灰结渣判别指数的建立
• 6.3 本章小结
• 7 全文总结
• 附录
• 附录一 生物质添加剂灰熔点数据
• 附录二 水洗生物质灰熔点数据
• 参考文献
• 致谢
• 硕士在读期间发表论文情况
• 学位论文评阅及答辩情况表