棉稈流化床燃燒試驗研究及其數(shù)值模擬.pdf

1、生物質(zhì)能作為可再生能源，近年來正倍受人們關(guān)注，流化床燃燒技術(shù)現(xiàn)已成為大規(guī)模高效利用生物質(zhì)能的重要技術(shù)之一。目前，國外對生物質(zhì)秸稈的應(yīng)用中，為了便于流化往往把秸稈加工造?；蛘咔兴榈綆缀撩组L度，我國實際運行的電廠為了減少預(yù)處理工作量，考慮把長度為10～100mm棉稈直接送入流化床內(nèi)燃燒，本課題旨在對10～100mm棉稈在鼓泡流化床(BFB)和循環(huán)流化床(CFB)中的燃燒特性進行可行性研究。 本文介紹了棉稈的物理、化學(xué)特性，采用熱重分

2、析法對棉稈的熱解／燃燒過程、動力學(xué)特性進行了研究，獲得了相應(yīng)的特征參數(shù)，建立了不同升溫速率下的反應(yīng)動力學(xué)方程，結(jié)果表明：棉稈中揮發(fā)分析出速度很快，著火溫度在262℃左右，棉稈揮發(fā)分釋放特性指數(shù)和綜合燃燒特性指數(shù)比普通煙煤大了近兩個數(shù)量級。冷態(tài)試驗研究了10～100mm棉稈與高鋁礬土床料的混合流化特性，以及棉稈長度、床料粒徑、棉稈與床料的配比和流化風(fēng)速等因素對混合均勻程度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，10～100mm棉稈與φ0．6～1mm床料混合，當(dāng)

3、流化數(shù)N<3時，分層現(xiàn)象很嚴重；N=3～7時，能較均勻地混合流化；但當(dāng)N>7后，混合均勻程度有所降低，至于在較高的流化風(fēng)速下，會不會影響密相區(qū)的穩(wěn)定燃燒，需要進行熱態(tài)試驗研究。棉稈與床料的不同配比對混合均勻程度也有影響，棉稈質(zhì)量配比越小，混合得越均勻。文中還提出了秸稈流化床燃燒時，秸稈與床料混合質(zhì)量的評判方法，并提出了秸稈混合分層度的概念。 在0．2MWth鼓泡流化床試驗臺上，研究了10～100mm純棉稈在不同工況下的燃燒特性。

4、結(jié)果表明：在鼓泡床流化風(fēng)速下，即流化數(shù)N=3～7時，密相區(qū)溫度能維持在850～880℃穩(wěn)定燃燒，試驗過程中對主要污染物排放濃度進行了測定。在該試驗臺上重點研究了石英砂和高鋁礬土床料的結(jié)塊特性，分別經(jīng)過38h連續(xù)運行，石英砂床料燒結(jié)非常嚴重，影響到床料的正常流化，而高鋁礬土床料沒有出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象，基本保持原來的形貌。通過SEM／EDS技術(shù)對石英砂床料燃燒前后微觀結(jié)構(gòu)和元素成分分析發(fā)現(xiàn)，燃燒后石英砂顆粒表面生成了低溫共熔混合物，形成粘附層，當(dāng)

5、粘結(jié)到一定厚度后就會產(chǎn)生足夠大的粘力，形成人結(jié)塊，最終影響床料的正常流化，因此，棉稈流化床燃燒選擇高鋁礬土床料較合適。利用ICP技術(shù)對灰組成進行了分析，獲得了棉稈流化床燃燒時堿金屬的析出特性，部分堿金屬燃燒時會以揮發(fā)態(tài)析出，其中鉀元素析出比例最大，飛灰中堿金屬成分含量較高，對高溫對流受熱面的沾灰可能性較大。 在0．5MWth循環(huán)流化床試驗裝置上，研究了純棉稈燃燒時的流化速度、二次風(fēng)率和棉稈給料量對爐內(nèi)溫度場分布的影響。根據(jù)CFB

6、實際運行參數(shù)，當(dāng)流化速度為3．25~4．5m／s，對應(yīng)的流化數(shù)N=7．4～10．2時，盡管此時混合均勻程度有所降低，但是沒有影響密相區(qū)穩(wěn)定燃燒，密相區(qū)溫度能維持在830～870℃。為了保證秸稈循環(huán)流化床密相區(qū)穩(wěn)定燃燒，文中對床層的混合質(zhì)量提出了一種判據(jù)，結(jié)合冷態(tài)混合試驗和熱態(tài)燃燒試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)秸稈混合分層度M<1．6時，盡管秸稈和床料混合得不是很均勻，但流化床密相區(qū)仍能保持穩(wěn)定燃燒。試驗過程中還對爐內(nèi)煙氣成分及主要污染物排放濃度進行了

7、測定，分析了密相區(qū)的燃燒份額，試驗后放出的底渣也沒有發(fā)現(xiàn)床料燒結(jié)現(xiàn)象。試驗表明，10～100mm純棉稈在循環(huán)流化床中燃燒是可行的。 在該CFB試驗臺上，對稀相區(qū)傳熱系數(shù)進行了測定，研究了不同參數(shù)對傳熱系數(shù)的影響規(guī)律。研究表明：環(huán)形區(qū)顆粒濃度和床溫對傳熱系數(shù)的影響較大，隨著顆粒濃度和床溫的增加而增加；隨著一次風(fēng)率的增加傳熱系數(shù)也在增加，但一次風(fēng)率過大時，傳熱系數(shù)會有所下降，為了得到較高的傳熱系數(shù)，過量空氣系數(shù)存在一個最佳值；隨著循

8、環(huán)倍率的增加傳熱系數(shù)也會增加，當(dāng)循環(huán)倍率太大時，床溫會有所降低，使得傳熱系數(shù)減小，因此，鍋爐設(shè)計時要合理選擇循環(huán)倍率。 本文還對10～100mm棉稈在循環(huán)流化床中的燃燒特性進行了數(shù)值模擬，分析了爐膛內(nèi)溫度場分布，一氧化碳、二氧化碳和氧濃度分布，以及棉稈和床料的運動軌跡。模擬結(jié)果表明：棉稈中揮發(fā)分析出速度很快，燃燒特性較好；床料中大顆粒主要在床層下部，由于小顆粒比較容易流化，爐體上部主要是小顆粒，隨著流化風(fēng)速的增加顆粒的流化高度有