碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣的影响研究进展

生物质热化学转化利用过程会产生大量的生物质灰,其钾、钠等碱金属元素的含量高,导致其熔融温度低,在高温下极易熔融或挥发,进而对锅炉、管道或设备受热面造成沾污结渣、腐蚀等危害。为系统了解碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣影响的研究并预测其发展趋势,首先,归纳生物质热化学转化过程中由碱金属迁移转化引发的安全问题及危害;其次,回顾和总结近年来国内外生物质灰沾污结渣机理方面的研究进展,主要包括不同热化学转化来源生物质灰沾污结渣演变规律和碱金属迁移转化特性研究等;最后,预测生物质灰沾污结渣防治研究的发展趋势。研究结果显示:生物质热化学转化过程中碱金属的赋存形式和演化特征是影响灰熔融和沾污结渣特性的重要因素,不同热化学转化来源生物质灰的熔融和烧结规律是灰沾污结渣防治研究的关键。以往针对碱金属迁移转化特性的研究,大多只考虑生物质自身的燃料性质、矿物组成等,对不同热化学转化过程中碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣和熔融烧结的影响以及不同形式碱金属成分的影响研究仍不够深入和系统,尚未形成完善的理论体系,这将成为以后的重点研究方向。

生物质热转化过程中积灰沾污结渣特性及趋势预测研究进展

为阐明生物质灰的沾污结渣特性及其趋势预测研究现状,使生物质能热转化利用过程更加安全,在综合分析生物质灰沾污结渣的危害及机制的基础上,从沾污结渣特性与沾污结渣预测两方面归纳国内外研究进展,梳理出影响结渣的主要因素——灰分组成、反应温度、气氛和添加剂等;并对沾污结渣趋势的预测方法和研究趋势进行分析。针对实际工程中锅炉受热面结渣和腐蚀问题,可以采用混烧、混入添加剂、水洗、酸洗、改变受热面材料、优化锅炉和烟道结构设计、优化反应条件等措施解决。在生物质灰沾污结渣趋势预测方面,目前并没有完整的统一标准,简单沿用煤灰的结渣指标存在严重的不适应性,且现有的预测方法通常只考虑固态或熔融成分对结渣的影响,而忽略了碱金属、氯、硫等元素挥发与温度变化的关系。因此,以热转化过程中碱金属的气-固分配趋势为基础,结合不同温度下生物质灰的特点及成灰特性,建立适用于不同温度下生物质灰的沾污结渣预测模型,是下一步研究应重点关注的问题。

电子探针分析炉内沾污结渣动态过程

在 0 2 5MW试验炉内壁选取两块代表性的渣样 ,分别代表沾污和结渣 ,借助电子探针分析沿渣样剖面厚度方向不同位置各矿物元素的动态分布 ,结果表明 ,Fe、Na和S的富集是形成结渣初始层的重要原因 ,而Na、Si、Al和S的富集则是沾污初始层的最大特点 ,Fe、Ca对结渣的贡献比对沾污的贡献大 ;单个样品中Si和Al具有相同的分布规律 .

灰化温度对生物质灰特性与沾污结渣的影响

利用激光粒度、X射线荧光、扫描电镜、热重和差热分析等手段对花生壳和玉米芯在600℃和815℃下成灰灰样的粒度分布、化学组成、微观形态、热重行为以及沾污结渣特性进行了全面试验研究。试验结果表明：灰化温度对灰特性影响显著,对沾污结渣影响较小;灰化温度升高,粒度减小,总失重降低,K、Na和Cl的含量降低,而Si、Ca含量未见明显变化;600℃花生壳灰仍保持原始骨架,而815℃灰的破碎程度较高,且有Si O2晶体析出;600℃玉米芯灰发生熔融,而815℃灰存在严重结渣;600℃灰的主要失重发生在300-600℃,并且差热曲线呈现剧烈的放热峰,表明灰的软化或熔融伴随放热;815℃玉米芯灰在600-800℃之间的失重则是由活泼碱金属氯化物挥发以及碳酸盐高温分解造成。

煤粉炉沾污结渣防治措施探讨

分析了结渣的产生过程及严重危害 ,重点从入炉煤角度、锅炉炉膛、燃烧器设计和布置及燃烧组织方面阐述了相应的预防措施 。

电站锅炉沾污结渣的处理方法比较

综述了电站锅炉受热面产生了磨损、腐蚀、积灰和结渣等一系列问题及带来的严重后果。并介绍了锅炉沾污结渣的机理、传统处理方法及采用纳米陶瓷涂层阻垢剂的新型防沾污结渣方法。指出,纳米陶瓷涂层阻垢剂能从根本上解决电站锅炉的沾污结渣问题,而且能够提高热传递效率,使锅炉水冷壁表面加热更加均匀,减少热点,从而减少维修和停炉时间。因而制备和使用电站锅炉高温防沾污结渣涂层具有广泛的市场。

某电厂130t/h锅炉沾污结渣原因分析及改进措施

介绍某电厂130t／h锅炉沾污结渣的有关试验情况、原因分析及改进措施。

垃圾焚烧厂沾污结渣特性及控制措施探讨

我国城市生活垃圾成分不稳定,在垃圾焚烧发电过程中容易引起焚烧炉和余热锅炉的沾污结渣,降低了焚烧厂的连续运行时间。从熔融特性和成分分析对飞灰进行了研究,并结合运行数据分析了沾污结渣的特点。结果表明,生活垃圾具有严重的沾污结渣倾向,在焚烧炉出口处和余热锅炉的高温过热器区域,容易发生灰的沉积。将炉膛出口氧量控制在6%~7%、出口烟温控制在950~1000℃,可以有效减缓锅炉的沾污结渣。

准东煤沾污结渣特性研究

准东煤易着火、燃尽率高,是优良的动力用煤,但高水分、高碱金属含量特性导致其在锅炉燃用过程中出现严重的沾污结渣。系统采集燃用准东煤比例约为75%的新疆某电厂1#炉各部位灰渣样,采用X射线荧光光谱、X射线衍射仪和环境扫描电子显微镜等微观分析手段对灰渣样进行了系统分析,结果表明:钠在烧结灰块中的沉积多于浮灰,整个烟气流程中,中温对流受热面(500~700℃)上的灰渣中钠含量最高;灰渣的矿物组成包括常见的强沾污性的硫酸钙,同时还含有钠长石、钠铁硫酸盐和钠钙铝硅酸盐。

煤粉燃烧过程中AAEM的迁移机理及结渣沾污成因

煤粉燃烧产生的飞灰导致炉膛和烟道内出现结渣沾污现象,飞灰的黏附特性受煤中碱金属/碱土金属(Alkali and Alkaline Earth Metals,AAEM)的影响,为减少飞灰在换热面上的沉积,分析其燃烧过程中AAEM的赋存形态和迁移机理,论述了AAEM蒸汽冷凝对飞灰特性产生的影响,同时分析了飞灰在换热面上的沉积机理。结果表明,燃烧温度和AAEM赋存形态的差异导致其析出过程和析出量不同。温度升高会促进AAEM的释放,随着AAEM在萃取液中的溶解性降低,在燃烧时释放更困难;释放到气相中的AAEM在换热面或飞灰表面异相冷凝形成黏性层,增大了换热面对飞灰的捕集效率;在气相中均相冷凝形成气溶胶,气溶胶作为前驱体在后续聚并过程中形成亚微米飞灰;飞灰的沉积受分子扩散、布朗运动、涡流碰撞、热泳、重力沉降、惯性碰撞等多种因素影响,重力沉降、惯性碰撞主要影响大粒径飞灰颗粒的运动轨迹,其他因素则主要影响小颗粒的运动;在换热面上形成的沉积层会出现分层结构,沉积内层的生成主要由无机蒸汽冷凝和小粒径飞灰沉积造成,外层沉积层主要由大颗粒飞灰沉积形成。黏附在换热面上的飞灰影响锅炉热效率、高温下腐蚀金属壁面,对锅炉的安全稳定运行埋下隐患。因此部分学者提出煤粉的水洗、掺烧、吹灰、换热面涂层、结构改进等方案来减缓沉积层的形成。但由于煤中成分多变,难以准确预测对燃料结渣沾污行为,应加强不同赋存形态元素的研究、不同形态飞灰的沉积及飞灰形成过程中复杂的物理化学,为结渣沾污的防治提供理论支持。

燃用新疆高碱煤锅炉防结渣和沾污措施

根据300 MW等级电站锅炉的实际运行情况,分析了燃用高碱煤锅炉存在的主要问题,主要为沾污和结渣,以及随之产生的腐蚀问题和热效率降低。以某新疆煤为例进行了煤质分析,结合其热物理特性探讨了形成沾污结渣的原因。最后结合新疆高碱煤的特点,从锅炉设计和煤粉控制方面提出了多种防止结渣和沾污的技术措施。

高碱煤燃烧结渣和沾污试验及锅炉针对性运行措施研究

锅炉燃煤过程中,煤的含钠量直接影响锅炉受热面的积灰特性。燃用高碱煤过程中,易导致锅炉产生黏结性积灰,给锅炉的正常运行带来安全隐患。为改善锅炉燃用高碱煤的积灰特性,东方锅炉依托国内最早投运的、兆瓦级工业性热态试验台,与国内知名高校和研究机构合作,针对高碱煤的燃烧特性展开研究,通过一系列试烧试验掌握了准东煤的燃烧特性和沾污结渣机理,得出了锅炉黏结性积灰防控方法,总结了燃烧高碱煤锅炉选型方法及针对性措施,现场应用效果良好。

纯燃高碱煤660 MW机组防结渣沾污一体化设计

高碱煤属于极易着火、极易燃尽的优良动力煤,但具有严重结渣和沾污积灰特性,现役机组只能以一定的比例掺烧高碱煤,对高碱煤的适应能力有限。针对100%纯燃高碱煤的目标,提出了新建660 MW机组一体化设计思路,给出了关键的炉膛热负荷参数取值和合理的受热面布置方式、燃烧器设计、除灰渣设备、空气预热器型式等选取建议,以期为全燃高碱煤机组锅炉的整体设计提供参考。

应用灰污热流计监测燃煤锅炉炉膛灰污结渣的动态过程

针对煤粉中混入造纸黑液后易结渣高碱燃料的结渣特性,将自制的水冷灰污热流计应用于工业性试验中,结合电子探针进行分析。提出灰渣沉积的3层沉积层———初始沉积层、一次沉积层和二次沉积层,并从宏观角度、微观结构、微区成分3方面给予论证。这有助于锅炉沾污结渣机理的研究。此外,通过数据采集仪,获取灰污热流计探头上温度信号,可以掌握热流密度随沾污结渣的动态变化,能够有效地监测炉内沾污结渣的发展,优化吹灰,在工程应用和试验分析中具有一定作用。

准东高钠煤在液态排渣旋风炉上燃烧及沾污特性试验

准东煤易着火、易燃尽,是优良的动力用煤,但使用过程中沾污结渣问题严重。本文在液态排渣旋风炉上对准东煤进行燃烧试验,通过扫描电镜对灰渣样的显微形貌及成分进行研究,并分析其飞灰烧结强度。结果表明:准东煤在旋风炉上燃烧完全,且可以通过调整风量和配风方式来控制NOx生成;旋风炉内高温段形成的液渣中出现了Fe元素的富集、中低温段灰样中出现了Na、Ca、S元素的富集,旋风炉灰渣中均含有一定量的碱金属元素,液渣中碱金属元素质量分数低于原煤灰中,而灰样中的碱金属质量分数较高;旋风炉飞灰烧结强度高;低熔点组分的Na、Ca硅铝酸盐、硫酸盐是造成结渣沾污的重要因素。

纳米高熵陶瓷涂层在超超临界1000 MW机组锅炉的防结焦耐腐蚀应用研究

针对某台超超临界1000MW机组燃用准东煤锅炉水冷壁出现的沾污结渣、高温腐蚀问题,基于锅炉的燃烧煤种特性、结焦状况以及腐蚀类型,开展了纳米高熵陶瓷涂层在锅炉后墙水冷壁燃尽风区域的工程验证试验。采用宏观检查、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、拉曼光谱、摩擦系数及表面能测试等方法,分析了纳米高熵陶瓷涂层的使用效果,揭示了纳米高熵陶瓷涂层的防沾污结渣、耐腐蚀机制。试验结果表明,涂层在锅炉运行11个月后完好,表面无明显结焦物、无明显腐蚀凹坑,管壁未发生明显减薄。纳米高熵陶瓷涂层能够较好地解决锅炉水冷壁沾污结渣以及高温腐蚀的问题,为燃用准东煤锅炉的安全运行提供保障。

黑液水煤浆灰渣烧结特性的研究

为了获得黑液水煤浆的烧结特性,对黑液浆和熔融温度同样较低的神木煤及黄陵煤进行了对比研究.通过对烧结灰和未烧结灰化学成分、熔融温度、矿物组成和微观结构等的分析,结果表明,Na是引起黑液浆具有强烧结特性的重要原因,Na有促进烧结的作用,S可能是对烧结起阻碍作用的一种元素.

煤和水煤浆炉内结渣积灰动态特性的研究

针对低熔点的神华煤和高熔点的水煤浆在炉内的结渣特性, 采用灰污热流计, 分别选择炉膛高温主燃区和炉膛较低温度的中上部作为模拟的结渣和积灰部位进行试验研究. 主要通过灰污热流的动态变化、SEM, XRD和能谱分析揭示炉内沾污结渣特性和灰污热流变化规律. 结果显示, 在炉内高温区, 神华煤比水煤浆的灰渣沉积率高, 灰污热流衰减快, 低熔点的复杂共熔体———钙长石(Ca, Na) Si4Al4O8和较低熔点的赤铁矿是神华煤灰沾污结渣性强的关键因素; 而在炉膛较低温度区域, 神华煤的灰沉积率高于水煤浆, 但灰污热流衰减却要慢.

燃煤锅炉防结渣复合陶瓷涂层技术应用

针对某台260 t/h燃煤锅炉沾污结渣问题,在受热面喷涂防结渣复合陶瓷涂层,根据结渣部位,结合热力计算方法,得出最佳喷涂区域为从下二次风底部往上12 m的四周水冷壁,面积约为400 m2。喷漆后运行3个月的统计结果显示:锅炉的沾污结渣情况明显改善,炉膛温度显著降低,月吹灰频次下降95.5%,减温水量下降34.5%;但存在飞灰及炉渣含碳量增加问题。对此,可采用降低煤粉细度等方式改善。本文研究结果可为解决锅炉结渣问题提供较好途径。

高碱煤液态排渣燃烧条件下碱金属释放特性研究

采用液态排渣旋风燃烧技术可优先将煤中Na等碱金属以硅铝酸盐熔渣的形式从炉底排出,从而有效减缓燃高碱煤锅炉尾部受热面的强沾污、结渣问题。高温液态排渣燃烧条件下Na的迁移、释放特性对其在炉内渣膜的捕捉行为影响巨大。为此,在沉降炉上研究了3种典型高碱煤(地表高氯煤、将军庙煤、沙尔湖煤)在液态排渣高温热解—燃烧过程中,煤中Na的释放特性以及Ca、Fe等对Na释放行为的影响。研究结果表明:热解阶段,水溶性Na主要以Na2SO4、NaCl等形式释放,1500℃下释放率为63.1%~68.6%;酸溶性Na主要通过分解或与自由基反应释放,1500℃下释放率为64.4%~79.2%;高温下,部分水溶性Na、酸溶性Na会与灰中硅铝酸盐矿物反应转化为不可溶性Na。Ca、Fe在热解阶段对Na的释放影响并不显著;焦炭燃烧阶段,水溶性Na和酸溶性Na的释放率达95%以上,灰中不溶性Na分别为3种原煤中不溶性Na的2.64倍、2.28倍和5.6倍,表明高温液态排渣燃烧条件下,高温熔渣对Na具有一定的捕捉作用,且以不可溶性Na的形式固化于高温熔渣当中。