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燃料特性对生物质循环流化床锅炉设计与运行的影响

作者: 时间:2021-05-10 09:03:25 点击:

肖慧萍,徐Di萍

(南通万达锅炉有限公司,南通22600 6)

摘要:从生物质燃料灰分质量和组成,水分质量分率和颗粒大小,可控燃料特性或可控性等方面分析了燃料特性对生物质循环流化床锅炉设计和运行的影响。燃油特性引起的锅炉设计要点提供了一些参考建议。

生物质能是一种可再生的清洁能源。合理使用生物质代替某些化石燃料不仅可以缓解日益严重的能源短缺问题,而且可以减少二氧化碳排放量并有效减少环境污染。因此,开发可用于发电的材料在我国具有重要意义。近年来,考虑到节能,减排和资源利用的提高,国家呼吁物质能源的再生利用技术,出现了利用生物质燃料的循环流化床(CFB)锅炉。如何有效降低成本,提高生物质CFB锅炉的效率,是许多科研机构和制造单位的发展方向。了解生物质的燃料特性并采取有针对性的设计方案对于确保生物质CFB锅炉的性能,延长锅炉的使用寿命,提高锅炉的效率具有深远的意义。

1种生物质燃料特征

燃料特性主要包括:水分质量分数,挥发性物质质量分数,元素组成,热值,灰分质量分数及其组成,粒度分布,破碎特性,密度等方面。生物质燃料的特殊性主要表现在以下几个方面:

(1)生物质燃料的挥发物含量高,沉淀温度低,沉淀过程短。

(2)水分质量分数是可变的,高水分对燃烧的初始阶段有很大的影响。

(3)燃烧生物质后,灰分较少,并且灰分质地柔软。

(4)生物质燃料具有很高的半焦炭活性,并尽可能快地燃烧。

(5)生物质燃料的硫质量分数低,污染物排放的质量浓度低。

(6)大多数一年生草本生物质中的钾和氯含量较高。

2生物质燃料特性对锅炉的影响

燃料特性对锅炉的影响主要体现在:点火困难,燃烧的稳定性,结渣和粘结的特性,灰分形成的特性以及炉内灰分的质量浓度分布,燃烧。效率,污染物排放,受热面布局,破碎系统的选择,辅助设备的选择。

生物质CFB燃烧过程:首先,燃料颗粒被高温床材料加热和干燥;然后燃料热解和挥发物燃烧;然后一些颗粒会膨胀并进行第一步破碎。最后,焦炭被烧干。伴随着磨损。

生物质燃料特别易燃,并且挥发性物质的燃烧可在短时间内(约3秒)完成。燃料进入熔炉后,半焦燃烧的主要阶段是8-10s,半焦的基本燃尽需要45-50s。因此,炉内生物质的燃烧过程和煤的燃烧过程在发生时间和燃烧过程上有很大的差异。

2. 1灰分质量分数的影响

CFB需要大量的床料颗粒在循环回路中循环,以使热量分布更均匀,传热更快,燃烧更完全。

2. 1. 1对燃烧的影响

灰分的增加会增加锅炉物料的循环并降低炉子的燃烧温度,特别是对于使用中温分离的生物质锅炉而言。使用中温分离的生物质CFB锅炉,在正常情况下,返回温度约为620℃。当灰分大大增加时,返回温度将低于550℃,这将迅速降低炉温,有时甚至引起炉膛。火灾事故。

2. 1. 2对负载的影响

烟气中的灰分质量浓度对CFB锅炉炉的传热系数有很大的影响。当灰分质量浓度增加时,水冷壁的对流和辐射换热系数增加,因此灰分质量浓度被用作调节负荷,并广泛采用了床温法。

2. 1. 3对材料层的影响

在CFB锅炉运行期间保持相对稳定的床高度非常重要。如果床层过高或过低,都会影响流化质量并导致结焦。

2. 1. 4对后加热表面布局的影响

燃料灰分的含量会影响烟道气中飞灰的质量浓度,从而影响灰分的堆积和尾部受热面的磨损。由于生物质燃料携带的灰分量的影响,尾部省煤器的灰分积聚严重,因此省煤器的结构由原来的交错排列改为串联排列。

为了最小化燃料灰分变化的不利影响,当燃料中含有大量灰分时,通常采用底渣法。当生物质燃料含有较少的灰分时,其自身的灰分含量不能满足床物质循环的要求,因此通常需要在操作期间添加床物质。添加的床料成为循环物料的主体,不应轻易磨损,例如石英砂,河砂等。表1以75t / h锅炉为例,显示了床料在补充时的补充量。使用了不同的生物质燃料。由于各种燃料夹带的沙子和土壤的数量,补给量也有所不同。

2. 2灰分的影响

草灰在750°C开始熔化,在1000°C之后熔化的质量分数超过30%,并且在1200°C完全熔化。灰分的组成不同,灰分的熔点和烧结温度也不同,并且对流化床操作的结块,结渣和高温腐蚀的影响也不同。碳化和硫化盐产品容易引起粘附,并且灰分的硬度也不同。 。表2是秸秆原料的灰分熔点和灰分组成分析。

从表2中可以看出,秸秆中的碱金属含量很高。秸秆灰烬中的钾燃烧后与床层物质相互作用,生成低熔点化合物,该化合物易于在高温炉中焦化。在流化燃烧过程中,主要表现为床的结块,水冷壁和炉内受热面的结焦。床附聚的主要原因是部分熔融的生物质半焦炭或灰分颗粒粘附在床料颗粒上并降低了流化质量,导致局部流化和局部高温不足,从而加剧了灰分颗粒的熔融。这加强了床材料颗粒之间的结合,进一步使流化恶化,并最终导致流化失败。因此,作为生物质燃料的循环流化床锅炉,有必要解决锅炉中燃料燃烧容易引起结块和结焦的问题。

对流受热面易于形成高温粘结灰,灰分积聚是由于生物质中的挥发性物质(主要是碱金属盐)在高温​​下挥发成气相并流经烟道和粉煤灰连同烟气和粉煤灰。当加热表面(主要是过热器和再热器)和其他设备时,通过气相和固相之间的一系列复杂的物理和化学过程,对流加热表面上会以不同的形式发生冷凝,粘附或沉淀。结垢容易引起锅炉尾部的高温碱金属腐蚀,低温氯腐蚀以及飞灰桥接。必须注意锅炉的设计和运行。

对于流化过程中焦化团块引起的流化失败以及碱金属引起的高温腐蚀和低温腐蚀,可以从以下几个方面解决:

(1)利用生物质的可燃性来控制燃烧回路的温度。由于生物质灰分的熔点一般较低,炉膛采用750〜850℃(根据灰分的熔点确定)。燃料),可有效抑制碱金属结渣,减少腐蚀的发生。

(2)为稠密相区选择合适的流化速度,调节循环速率,并通过循环材料将合适的热量带到炉的上部。

(3)采用足够的炉子换热面积,或在炉子的上部设置自然循环水冷却网,以降低炉子出口的烟气温度。

(4)中温循环灰可确保在密相区(低于700℃)保持稳定的工作温度,同时在密相区保持一定的温度。

(5)独特设计的高效分离装置和大回程直径确保了畅通的循环回路。

(6)在下部烟气区域中布置了高温加热表面,以控制金属壁的温度。

(7)根据工作流体温度选择合适的材料。中温和中压参数的高温过热器的材料一般为12Cr1MoVG,高温高压参数锅炉的高温过热器的材料为使用耐腐蚀的不锈钢,例如TP347或SUS316等。可以使用仅用于关键参数锅炉的SA-213T91 [1]。

(8)尾部受热面管组一般串联布置,其横向节距比燃煤锅炉大,可防止粉煤灰桥接,采用合适的吹灰方法有效控制灰分。沉积。

(9)低温区域(空气预热器)通常选择防腐材料循环流化床锅炉生物质直燃技术 ppt,例如09CuPCrNi-A(硬钢管)或搪瓷管,以减少低温氯腐蚀对锅炉的不利影响。

2. 3水分含量的影响

生物质燃料中的水分含量(水含量)一般较高,因此对锅炉炉的运行有很大影响,主要体现在:

(1)燃料进入熔炉后,水分吸收了大量的热量,致使致密相床的温度下降,从而影响了燃料的着火和燃烧。

(2)使燃烧中心向上移动,并且炉膛上部的温度太高。

(3)燃尽程度降低,不完全燃烧损失增加。

(4)烟道气量增加,尾部受热面的热吸收份额增加。

(5)锅炉排气温度升高,热量损失增加,锅炉效率降低(请参见表3)。

从表3中可以看出,随着水含量的增加,排气温度和热量损失也显着增加。因此,水含量是降低燃料利用效率的主要因素。同时,燃料中的水含量对其稳定燃烧也有不利影响。因此,尽管生物质CFB锅炉对水分的波动具有很高的适应性,但要获得良好的经济效益,应将进入炉膛的燃料的水分尽可能控制在合理的范围内。

2. 4燃料粒径的影响

CFB燃烧对燃料具有广泛的适应性,并且对进入炉子的燃料的粒度要求不严格。然而,生物质燃料具有低密度,质地柔软和韧性,并且难以破碎。它们中的大多数容易缠结并且流动性极差。粒度太大或太小都不适合。

2. 4. 1对炉子预处理设备和进料设备的影响

有两种类型的生物质燃料:硬杆和软杆。硬杆密度高,通常通过链板运输;软杆密度小且笨重,通常由螺旋铰链龙运送。如果颗粒很小循环流化床锅炉生物质直燃技术 ppt,则对破碎的要求相应地增加,并且成本增加。颗粒很大,会引起纠缠和堵塞等问题,从而影响燃料的输送。

2. 4. 2对锅炉燃烧的影响

生物质燃料通常更轻,其燃烧通常是挥发和焦炭的燃烧。颗粒太小,在炉中的停留时间太短而无法燃烧掉,增加了尾部受热区域中灰分和飞灰的碳含量;颗粒太大,炉内颗粒分布不均匀,挥发分析缓慢,焦炭颗粒大,燃烧不充分,影响锅炉的正常运行。因此,应控制生物质燃料颗粒的粒径,粉碎后的秸秆燃料的粒径应控制在2至3 cm,最大粒径应小于10 cm。

3个设计实例

1套75t / h的生物质CFB锅炉,设计燃料为麦秸,含水量25%,灰熔点755℃,热值11531kJ / kg。设计时,首先要考虑麦秸秆柔软轻巧,体积大。它由螺旋铰链螺旋输送机输送,并使用螺旋挤压能力进行喂料(见图1);其次,认为麦秸秆的灰分很小,灰分仅为8. 9%锅炉使用河砂进行补给,一般情况下补给量为100kg / h,以充分保证锅炉循环灰的高度(图2为补给装置);其三,考虑到水分含量高。小麦秸秆灰分熔点低会导致炉膛上部温度过高,因此在炉膛上部设计了水冷筛网,不仅保证了燃料的充分燃烧,而且还可以确保整个循环回路的温度,减少灰烬的受热面积,并抑制碱金属的结渣,从而减少腐蚀的发生(见图3)。

4结论

生物质燃料的灰分含量对CFB锅炉的稳定燃烧,炉子的传热系数,尾部受热面的灰分积聚和磨损有很大的影响,对维护保养非常重要。在操作过程中床的高度相对稳定。生物质燃料中高含量的碱金属很容易引起团聚和结焦,从而可能在加热的表面上造成腐蚀。控制燃烧区的温度并选择合适的流化速度也很重要。生物质燃料主要包含大量水分,这会影响其点火和燃烧,并降低锅炉效率。因此,应尽可能控制燃料中的水分。太大的燃料颗粒会导致燃烧不充分,并影响锅炉的正常运行,因此必须进行适当的控制。

只有充分把握生物质燃料的特殊性,才能在设计和运行中更好地利用它,提高锅炉及其系统设备的适应性和可靠性,使生物质直接燃烧技术能够产生更高的社会和经济效益。

参考文献:

[1]魏江华。我国生物质循环流化床技术特点[J]。中国科学技术,2010(2 2):19-2 0.