生物质颗粒中元素对生物质锅炉的影响

生物质是清洁的可再生能源,这是生物质锅炉发展的主要优势之一。然而由于秸秆生物质自身的燃料特性,以及碱金属和氯的存在,使得生物质直燃锅炉比燃煤锅炉更容易产生积灰、结渣和腐蚀等问题.目前生物质利用中普遍存在的碱金属问题,直接制约了生物质锅炉的发展,这已引起国内外学者的广泛关注。

1、主要碱金属对结渣的影响

结渣是个复杂的物理化学过程,其主要形态是以黏稠或熔融的沉淀物形式出现,而造成结渣的一个重要原因是燃料层的温度高于灰的软化温度.在燃煤锅炉的燃烧过程中,过量空气系数、炉膛温度等参数对结渣率有重要影响,而生物质具有区别于煤炭的燃料特性,除了以上参数的影响外,碱金属特别是K,Cl,S元素对积灰结渣和腐蚀有重要影响.

K元素在秸秆生物质中含量较高,主要形成氧化物、氯化物和硫酸盐,这些化合物都表现为低熔点.当K及其化合物凝结在飞灰颗粒上时具有黏性和低熔点,K的凝结速度和扩散速率对灰粒熔点和黏性有着决定性作用。

Cl元素在生物质燃烧中起着传输作用,有助于碱金属元素从燃料颗粒内部迁移到颗粒表面与秸秆生物质燃料燃烧特性分析其他物质发生化学反应,而且Cl元素有助于碱金属元素的气化,与碱金属物质反应生成相对稳定且

易挥发的碱金属氯化物.另外,Cl元素,特别是K元素的化合物,还有助于增加无机化合物的流动性.碱金属,S,Cl元素挥发出来,相互之间发生化学反应,然后以硫酸盐或氯化物的形式凝结在飞灰颗粒和受热面壁面上,多数硫酸盐呈熔融状态,增加了沉积层表面的黏性,加剧结渣程度.随着碱金属元素气化程度增加,沉积物数量及黏性也不断增加.同时,还会发生气体和沉积物灰渣本身的反应,使结渣层更厚.

我国常见的3种秸秆生物质(稻草、麦秸和玉米秸)的灰分,稻草的碱金属氧化物(K2O+SiO2+SO3)含量约为88.2%,麦秸约为85.3%,玉米秆约为76.7%。通过以上碱金属对结渣影响的分析可以看出,稻草的结渣性大于其他两种秸秆。

2、氯对腐蚀的影响

生物质燃料的Cl含量比煤炭高,Cl元素可以 将K从稳定的硅酸盐中吸收出来,形成低熔点腐蚀性强的硫酸盐，一方面,这些硫酸盐在管壁上结成釉瓷状的渣膜,该渣层在表面温度升高融化时放出SO3并向内外扩散,使管壁氧化层破坏;另一方面,这些硫酸盐再吸收SO3并与Fe2O3,Al2O3生成焦硫酸盐,该盐通常在管壁温度下呈熔融状态,对管壁的氧化膜造成腐蚀.

另外,HCl也是Cl析出的一种重要形式,它对于金属的高温腐蚀有重要影响，玉米秆的燃烧过程中Cl对腐蚀的影响会更加严重。我国的生物质直燃技术主要以燃烧农作物秸秆为主,而秸秆生物质的燃料特性和煤炭有很大差距,这些燃料特性导致不同生物质结渣特性的差异.

在我国具有代表性的3类生物质秸秆中,稻草的结渣性远高于玉米秸,生物质中碱金属和Cl的含量会加剧结渣和腐蚀的可能.因此,研究生物质燃料特性有利于减轻燃烧中存在的结渣腐蚀等问题,并可促进生物质燃烧技术的发展，提高生物质锅炉的使用。我国在这方面需要加强向生物质燃料利用很成熟的。

3、生物质木质颗粒

根据以上两点可以看出来，秸秆类生物质燃料不适合锅炉内燃烧，生物质木质颗粒，应用于大部分工业锅炉及浴室锅炉，效果良好，满足用户用热需求，有效减少燃煤锅炉的污染，降低改造燃气锅炉的运行成本和投资成本。