秸稈燃燒過程中受熱面沉積腐蝕問題研究

【摘要】：生物質(zhì)能作為一項重要的可再生能源,具有低硫、低灰、高揮發(fā)分CO2零排放的特性。目前直接燃燒發(fā)電是最成熟且應(yīng)用最廣的生物質(zhì)能源化利用技術(shù),但由于生物質(zhì)燃料堿金屬含量較高,灰熔點低,往往容易給爐膛或爐內(nèi)換熱器表面帶來嚴(yán)重的沉積和腐蝕問題。生物質(zhì)燃燒過程中的沉積與腐蝕情況互相影響,一般而言,受熱面沉積物不但影響換熱,還是導(dǎo)致高溫腐蝕發(fā)生的關(guān)鍵,因此,沉積和腐蝕問題已成為威脅生物質(zhì)鍋爐長期運行的的主要因素。為了深入了解秸稈燃料燃燒過程中鍋爐受熱面上沉積腐蝕的發(fā)生和發(fā)展機理,本文依托自行搭建的生物質(zhì)粉體旋流燃燒器系統(tǒng)并結(jié)合實際生物質(zhì)鍋爐工程中遇到沉積腐蝕問題對受熱面沉積過程進行研究,探究其過程和機理。 首先,根據(jù)研究要求設(shè)計搭建了可連續(xù)運行的多功能生物質(zhì)粉體旋流燃燒系統(tǒng),該裝置可滿足粉狀的生物質(zhì)燃料的燃燒,實現(xiàn)不同過量空氣系數(shù)條件下不同生物質(zhì)種類的穩(wěn)定高效燃燒,產(chǎn)生的穩(wěn)定流量的真實生物質(zhì)煙氣。本研究在上述試驗臺架上根據(jù)結(jié)渣特性的不同,選擇了差異較大的軟質(zhì)稻草秸稈、硬質(zhì)棉花桿和木質(zhì)燃料木屑作為研究燃料,并在爐內(nèi)沿燃料燃燒流動方向位置設(shè)置三個取樣片,著重研究了爐膛位置、沉積時間、燃料種類和采樣片位置等因素對沉積的影響。 其次,針對廣東湛江220t/h生物質(zhì)鍋爐屏式過熱器高溫受熱面面臨的的沉積腐蝕問題進行了研究,通過對實際沉積樣本分析測試發(fā)現(xiàn)：屏式過熱器穩(wěn)定的沉積層有典型的分層結(jié)構(gòu),從內(nèi)到外可劃分為結(jié)構(gòu)和成分特點各不相同的三層,其中貼壁處的成分受高溫腐蝕過程的影響較顯著；而中間層為高含量的堿金屬鹽及石英砂等惰性床料雜質(zhì)；外層則由于溫度較高,KCl含量降低,以熔點較高的硫酸鹽、床料顆粒和其他熔點較高的硅鋁酸鹽為主。研究發(fā)現(xiàn)由于外層KCl含量的降低,外表面的局部熔融現(xiàn)象減少,黏附性降低,因而捕集煙氣中顆粒相的能力下降,可在一定程度上解釋爐內(nèi)沉積層厚度發(fā)展隨時間有趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象。另外,研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)鍋爐高溫受熱面的腐蝕主要為沉積物中堿金屬氯化物的高溫熔融腐蝕,氯在腐蝕過程中并未被消耗,而是起到催化劑的作用在高溫沉積物中循環(huán)作用,因而可造成比較嚴(yán)重的高溫腐蝕。 為了在實際工程中抑制受熱面沉積,本研究還對惰性抑焦劑抑制受熱面沉積的效果進行了研究。針對性實驗表明通過加入以熔點較高的惰性物質(zhì)為主要成分的抑焦劑,在700-800℃條件下可以一定程度上緩解生物質(zhì)鍋爐受熱面沉積物的燒結(jié),通過改變受熱面沉積結(jié)構(gòu)和燒結(jié)特性以抑制高燒結(jié)強度沉積物形成的機制在實驗室研究中得到了一定程度的驗證。但研究還發(fā)現(xiàn)在1000℃時,抑制劑反而會對沉積物的燒結(jié)起到促進作用。由于后續(xù)的抑焦劑的工業(yè)實爐測試并沒有取得實驗室中的效果,將其投入實際工業(yè)應(yīng)用還需要進一步的研究探索。 【關(guān)鍵詞】：生物質(zhì) 秸稈 沉積 腐蝕 氯 堿金屬 高溫 抑制劑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TK6;TK224.94
【目錄】：

• 致謝4-6
• 搞要6-8
• Abstract8-10
• 目次10-12
• 1 緒論12-18
• 1.1 引言12
• 1.2 生物質(zhì)能概況介紹12-13
• 1.3 生物質(zhì)利用技術(shù)13-14
• 1.4 生物質(zhì)直燃技術(shù)14-15
• 1.4.1 懸浮燃燒技術(shù)14
• 1.4.2 層燃燃燒技術(shù)14
• 1.4.3 流態(tài)化燃燒技術(shù)14-15
• 1.5 本文選題背景和主要內(nèi)容15-18
• 2 秸稈燃燒過程中受熱面沉積腐蝕的機理研究綜述18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 生物質(zhì)燃燒過程中受熱面沉積過程與機制18-21
• 2.3 生物質(zhì)燃燒過程中高溫腐蝕機理與研究現(xiàn)狀21-33
• 2.3.1 金屬氧化物及氯化物的熱力學(xué)穩(wěn)定性21-22
• 2.3.2 腐蝕機理22-29
• 2.3.3 減輕沉積腐蝕問題的措施29-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 3 試驗系統(tǒng)設(shè)計34-44
• 3.1 引言34
• 3.2 試驗裝置設(shè)計過程34-41
• 3.2.1 燃料的燃燒計算34-35
• 3.2.2 爐膛形狀的確定35-37
• 3.2.3 給料裝置及燃料輸送系統(tǒng)的設(shè)計與改進37-40
• 3.2.4 水平煙道設(shè)計40-41
• 3.2.5 電輔加熱的設(shè)計41
• 3.3 試驗系統(tǒng)及過程41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 4 生物質(zhì)燃料燃燒過程中影響沉積形成因素的試驗研究44-68
• 4.1 燃料的選取與給粉特性44-45
• 4.2 燃料特性分析45-47
• 4.2.1 工業(yè)分析和元素分析45-46
• 4.2.2 灰成分分析46-47
• 4.3 試驗工況47-50
• 4.3.1 稻草的試驗工況48
• 4.3.2 棉花桿的試驗工況48-49
• 4.3.3 木屑的試驗工況49-50
• 4.4 影響沉積形成因素的試驗與分析50-66
• 4.4.1 燃燒時間對沉積的影響50-57
• 4.4.2 爐膛位置對沉積的影響57-62
• 4.4.3 燃料對沉積的影響62-64
• 4.4.4 受熱面布置方式對沉積的影響64-66
• 4.5 本章小結(jié)66-68
• 5 生物質(zhì)鍋爐受熱面沉積腐蝕工程案例分析68-89
• 5.1 引言68
• 5.2 廣東湛江高溫高壓循環(huán)流化床高溫受熱面腐蝕情況研究68-76
• 5.2.1 湛江生物質(zhì)電廠概況68-71
• 5.2.2 沉積腐蝕物分析71-75
• 5.2.3 結(jié)論75-76
• 5.3 采用添加劑抑制生物質(zhì)鍋爐受熱面沉積的試驗研究76-87
• 5.3.1 試驗基礎(chǔ)和方法77-79
• 5.3.2 試驗結(jié)果與分析79-86
• 5.3.3 結(jié)論86-87
• 5.4 本章小結(jié)87-89
• 6 全文總結(jié)與工作展望89-93
• 6.1 主要研究總結(jié)89-91
• 6.2 本文主要創(chuàng)新點91-92
• 6.3 未來工作展望92-93
• 參考文獻93-99
• 作者簡歷99

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