引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源消耗需求的日益增加,一次能源過度開發(fā)利用造成的環(huán)境污染問題越發(fā)嚴(yán)重,為保護(hù)環(huán)境,開發(fā)利用清潔、可再生能源已成為世界各國(guó)能源改革的重點(diǎn)。近年來,我國(guó)各發(fā)電集團(tuán)也逐漸加大了對(duì)可再生能源的投資力度。生物質(zhì)能源作為目前探明的唯一碳基可再生能源,且具有Co2零排放、儲(chǔ)量豐富等特點(diǎn),逐步成為開發(fā)利用的重點(diǎn)。在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)中,生物質(zhì)直燃發(fā)電是目前最為成熟的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)。

生物質(zhì)燃料中富含堿金屬(Na、K)和氯(C1)元素,燃燒過程產(chǎn)生的堿金屬氯化物極易造成受熱面結(jié)焦,且伴隨有嚴(yán)重的受熱面腐蝕,嚴(yán)重影響生物質(zhì)直燃發(fā)電鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文以外加添加劑為主,研究不同添加劑對(duì)生物質(zhì)燃料灰熔融特性的影響,以便解決生物質(zhì)直燃發(fā)電鍋爐高溫受熱面結(jié)焦問題,提高生物質(zhì)發(fā)電鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行性能。

1試驗(yàn)

1.1添加劑選擇

根據(jù)生物質(zhì)鍋爐高溫受熱面結(jié)焦機(jī)理,堿金屬氯化物是造成結(jié)焦的主要因素,因此選擇與堿金屬氯化物具有反應(yīng)活性的云母粉、高嶺土、硫磺和煤為研究對(duì)象。生物質(zhì)燃料為校樹皮,采用校樹皮燃料干重與添加劑20:1的比例進(jìn)行添加。

1.2試驗(yàn)樣品制備

粉碎的校樹皮與添加物充分混合后放入瓷盤方舟,制備完畢的樣品如圖1所示。

1.3試驗(yàn)條件

采用管式爐將樣品在920℃灼燒1.5h,為保證試驗(yàn)過程升溫速率可控,控制載氣流量為500mL/min,載氣氧含量為4%,不發(fā)生明火。

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1灰形態(tài)顯微結(jié)構(gòu)分析

試驗(yàn)樣品灼燒后,將樣品置于顯微鏡下觀察灰形態(tài),視野范圍選擇1mm,各樣品顯微鏡下灰形態(tài)如圖2所示。

由圖2可以看出,純校樹皮在920℃條件下灼燒后已明顯結(jié)焦,添加了云母粉、高嶺土、煤的試驗(yàn)樣品未發(fā)生明顯結(jié)焦,添加硫磺的樣品灰結(jié)焦情況與純校樹皮樣品對(duì)照基本無改善,其效果差的原因可能是硫磺的沸點(diǎn)為445℃,在焦炭燃燒前已沸騰變?yōu)闅鈶B(tài)排出,幾乎未與焦炭燃燒后組分發(fā)生反應(yīng)。

2.2XRD分析

為進(jìn)一步研究燃燒過程中添加劑對(duì)校樹皮結(jié)焦特性的影響,選擇了添加高嶺土樣品灼燒后灰樣和純校樹皮灼燒后灰樣進(jìn)行xRD檢測(cè),結(jié)果如圖3和圖4所示。

由圖3可以看出,純校樹皮灼燒后灰主要成分為Casio3、CaCo3及少量Ca2Mgsi2o7,NaCa2Mg5A1si7o22(oH)2、Ca5(sio4)2Co3等。Cao、CaCo3開始與sio2發(fā)生反應(yīng),生成Ca的硅酸鹽,但仍有大量Ca元素以CaCo3的形式存在,灰中的大部分顆粒都由于顆粒間固相反應(yīng)的存在出現(xiàn)互相粘連燒結(jié)的狀態(tài)。

由圖4可以看出,加入高嶺土后,灰中主要成分發(fā)生了明顯變化,主要成分為sio2、Ca2(A1(A1si)o7)(即鈣鋁黃長(zhǎng)石2Cao·A12o3·sio2)及少量Casio3等。可以看到,在加入高嶺土后,灰成分中的含鈣硅酸鹽衍射峰明顯減少,只有少量強(qiáng)度較弱的Casio3衍射峰,si的主要存在形式為sio2:取而代之的含鈣硅鋁酸鹽Ca2(A1(A1si)o7),是除了sio2外最強(qiáng)的衍射峰。從反應(yīng)性上看,高嶺土中的A12si2o5(oH)4相較于sio2更具反應(yīng)活性,在反應(yīng)生成含鈣硅鋁酸鹽后,Cao/CaCo3不再與sio2反應(yīng),從而減輕了燒結(jié)程度。

3結(jié)語

本文研究結(jié)果表明,添加云母粉、高嶺土和煤后校樹皮的結(jié)焦特性均得到了明顯改善,可以有效抑制校樹皮灰燒結(jié)。xRD分析表明,添加高嶺土后灰成分中的含鈣硅酸鹽衍射峰明顯減少,主要成分為sio2和鈣鋁黃長(zhǎng)石,Cao/CaCo3不再與sio2反應(yīng),從而減輕了燒結(jié)程度。