Shen Guozhang, Zhong Zhencheng, Wu Zhansong
Département de génie thermique, Université Tsinghua, Beijing 100084, Chine
La dynamique des fluides et le mécanisme thermochimique du laitier agrégé du lit rocheux de biomasse sont décrits dans le processus d'utilisation du lit fluidisé pour brûler la biomasse. Il existe 13 types de biomasse (AI), le rapport fer / métal alcalin (BAI) et le métal alcalino-terreux / métal alcalin (Alkaline) ont été mesurés et vérifiés par l'analyse de la composition et les résultats du test du lit fluidisé, et la fiabilité des trois indicateurs de la scorie de la biomasse a été analysée et validée (I), il est possible de déterminer avec précision la tendance à la scories de la combustion de la biomasse.
Comme la cendre de biomasse est riche en métaux alcalins, le lit fluidisé de la biomasse de combustion est en cours de corrosion, de mise à l'échelle, de scories et d'autres problèmes. En outre, les scories d'agglomération d'agrégats de lit fluidisé à base de biomasse conduiront à une panne de fluidisation Par conséquent, il est important d'étudier le mécanisme de la scories de biomasse et de présenter l'indice de détermination des caractéristiques de scories de la biomasse, ce qui revêt une grande importance pour guider l'exploitation de l'équipement de combustion de biomasse.
1 composition de cendres de biomasse
La teneur en chaleur de la biomasse est faible, la teneur en carbone fixe est faible, le contenu volatil est élevé, il est plus facile d'allumer et de brûler. Le taux est rapide, le pouvoir calorifique est environ la moitié du charbon standard. Les principaux composants des cendres de biomasse sont SiO 2, Al 2O3, Fe 2O3, CaO, MgO, TiO 2, Na 2NEFMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM 2O, Cl, SO 3, P2O5Et la composition liée au slagging est le métal alcalin (Na 2NEFMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM 2O), métaux alcalino-terreux (CaO, MgO), SiO 2Et Cl, etc. L'activité du métal alcalin dans la biomasse est élevée, 2Plus la teneur en métal alcalin est faible, moins le point de fusion des cendres de biomasse, plus la liqueur est facile. La présence de métaux alcalino-terreux peut améliorer la présence de silicates eutectiques Le point de fusion, plus leur contenu est élevé, plus la tendance du slagging est faible. Cl peut favoriser l'évaporation des métaux alcalins, puis avec le SiO 2Réaction pour générer du silicate de métal alcalin, pour favoriser la formation de laitier.
Les combustibles de biomasse peuvent être grossièrement divisés en trois catégories: (1) les résidus de traitement du bois et de la foresterie. Ces combustibles à biomasse ont des valeurs calorifiques plus élevées, une faible teneur en cendres, des métaux alcalins dans la cendre et le SiO 2La teneur en métal alcalino-terreux est élevée ou supérieure, le point de fusion des cendres est élevé et il n'est pas facile de scories. La température de scories du bois mesuré et de l'écorce est de 905 ℃ et 985 ° C, respectivement, et pas de scories à la température de fonctionnement du lit fluidisé (2) Les plantes ont un pouvoir calorifique inférieur, une teneur en cendres plus élevée, un métal alcalin et un SiO 2(3) les résidus de transformation des produits agricoles, tels que la bagasse à la canne à sucre, la coquille d'olive, les noix de pin, etc., le pouvoir calorifique élevé ou supérieur, la teneur élevée en cendres est faible ou faible, la teneur en cendres est relativement faible et facile à écorcher. , La teneur en cendres est moyenne, la teneur en ciments de cendres dans les cendres est élevée ou supérieure, la plupart des cendres de biomasse 2La teneur élevée ou élevée en métal alcalino-terreur est également plus élevée, le point de fusion des cendres de biomasse est faible, facile à scories.
2 Mécanisme de scories du lit fluidisé à biomasse
(1) Du point de vue de la mécanique des fluides, l'article analyse les changements de l'état de fluidisation du lit et les raisons de la mécanique des fluides lorsque la scorie du lit et même la défaillance de la fluidisation sont étudiées dans les aspects suivants: (1) Du point de vue de la mécanique des fluides, (2) du point de vue thermochimique, le bloc des éléments et composés typiques et la formation de ces composés et d'autres voies.
2.1 raisons de la mécanique des fluides
On a constaté que lorsque la température du lit dépasse une certaine valeur, c'est-à-dire une «température de frittage initiale», le taux de fluidisation minimum ne suivra plus l'équation d'Ergun, mais est beaucoup plus élevé que la valeur calculée de l'équation due à la viscosité du lit Et le processus de fluidisation est causé par le processus et la défaillance de la fluidisation est causée par le processus. On constate que la tendance des particules de matériau de lit devient plus grande en mesurant la répartition granulométrique du lit avant et après la scission du lit fluidisé. Grâce à l'électron à balayage L'observation par microscope (SEM) des particules de matériau du lit a révélé que dans toutes les expériences, presque toutes les particules de petits matériaux de lit se combinent en particules plus grandes.
L'expérience de l'opération montre qu'il y a une baisse soudaine de la différence de pression entre le lit et le lit du lit fluidisé lorsque le laitier est pratiqué dans une certaine mesure en raison de la présence d'un espace plus large pour que l'air passe. La différence de température entre les lits supérieur et inférieur aura une augmentation soudaine. Évidemment, dans la centrale de laboratoire ou de biomasse, vous pouvez utiliser la différence de température et la pression du lit comme marqueur des indicateurs de défaillance de la fluidisation.
2.2 mécanisme thermochimique
La morphologie du bloc de laitier a été observée par SEM, et chaque bloc de scories contenait un certain nombre de particules rocheuses, qui étaient soit enveloppées par une grande quantité de matière fondue (formée après fusion et refroidissement), la surface de la masse fondue était lisse et une substance vitreuse; La surface est couverte par une mince couche de gris et les particules sont reliées l'une à l'autre par un point limité (appelé une connexion en forme de cou) et il y a une trace de fusion à la connexion. Ainsi, elle peut être déterminée à partir de la morphologie que ces fusions fournissent FrydaLE a calculé la relation entre la composition et le rapport de fusion de la couche de cendres sur la surface du laitier et a constaté que la température de scories était en bon accord avec la température de fusion. Pour ces fels, la cendre de surface On a analysé la composition des éléments aux jonctions du cou et du cou. On a constaté qu'elles étaient différentes de celles des particules de lit frais, sauf que la teneur en K était supérieure à celle de Si, et il y avait une certaine quantité de Ca, Fe, Mg Élément. Comme le composant principal est Si, K, Ca, la fonte des scories peut être attribuée à K 2O-CaO-SiO 2Le système ternaire, le silicate eutectique des métaux alcalins et alcalino-terreux, a une composition similaire à celle du verre (Na 2O-CaO-SiO 2Système ternaire), ce qui est également le motif du verre dans la masse fondue. Le silicate eutectique de métal alcalin a un faible point de fusion, tel que K 2O-SiO 2La température du point de fusion est de 770 ° C, ce qui est inférieur à la température de fonctionnement du lit fluidisé, il est donc facile de fondre dans le lit. 2O-CaO-SiO 2Plus la teneur en Ca est élevée, plus le point de fusion est élevé, plus la température de laitier du bloc de scories est élevée avec une teneur en Ca plus élevée et obtenez la même conclusion à travers l'équilibre thermochimique ou le calcul du diagramme de phase.
De toute évidence, le slagging du lit fluidisé à la biomasse peut être divisé en «type induit par la gaine» et «type induit par fusion» 2. Le premier est issu de la biomasse de cendres K, Ca et d'autres éléments et de la réaction de surface du lit de sable à quartz, La couche de réaction uniforme et dense et l'épaisseur de l'augmentation, elle fond à des températures élevées, ce qui entraîne une force visqueuse pour provoquer la collision des particules de matériau de lit à travers la connexion et l'agglomération en raison du besoin de réaction de biomasse et de matériau de lit, Le laitier produit dans le lit fluidisé de sable de quartz comme matériau de lit est un type de revêtement typique. 'La fonte de la liqueur de type' est due à la fonte directe des faibles points de fusion dans les cendres de biomasse, Réaction du matériau du lit.
Lorsque la cendre de biomasse contient plus de K et de Si en même temps, la teneur en Ca est inférieure, 2O-CaO-SiO 2Les faciès ternaires sont dans la zone à bas point de fusion et se fondent directement à des températures élevées. Les scories causées par la combustion du laitier d'olive, la coquille d'olive et la coquille de pin dans le lit fluidisé à quartz sont causées par la fusion, Les particules sont enroulées dans une grande masse fondue et le temps de scories est plus court.
Dans le cas de la biomasse brûlante en lit fluidisé, «la gaine entraîne le taux de slagging de type», les résultats de fusion des têtes de type sont plus fréquents. Plus la température de fonctionnement est élevée, plus la tendance à la scories est faible dans le slagging résultant. Quand il y a plus de Si et de K, et que le contenu en Ca est faible, la tendance du slagging est grave et tend à faire fondre les scories de type. Les tiges de fines herbes, comme la paille de riz et la paille, présentent de telles caractéristiques. La tendance à la slagging est grave et difficile à supprimer.
2.3 Cinétique de réaction gazeuse et solide d'alcali et de minéraux
L'activité des métaux alcalins dans les cendres de biomasse est élevée et il est facile de générer le sel de KCl et d'évaporer à haute température. La réaction gazeuse et solide des particules de matériau de lit et du sel de métal alcalin gazeux est effectuée. L'essai montre que les minéraux absorbent la phase gazeuse par réaction chimique et adsorption physique Le métal, mais le premier est principalement le kaolin et le lignite sont riches en Si et Al, la capacité la plus forte à absorber le métal alcalin, beaucoup plus élevé que la silice.
TranKQ a étudié l'absorption de kaolin à 850 ℃ KCl, KOH, K 2SO 4L'étude de la cinétique de la réaction chimique de différentes couches et métaux alcalins peut aider à trouver des additifs efficaces ou des matériaux alternatifs et optimiser les paramètres de fonctionnement.
Identification des caractéristiques de la scorie de la biomasse
Il est nécessaire de comprendre les caractéristiques de scories de la biomasse sélectionnée lors du choix de la conception et des paramètres de fonctionnement de la chaudière à lit fluidisé à biomasse. Pour le charbon, il existe de nombreux résultats de recherche et un certain nombre de caractéristiques de scories fiables. L'application des caractéristiques de laitier du charbon pour l'identification des caractéristiques de la scelle de biomasse, VamvuKaD utilisant l'indice d'oxyde alcalin AI, rapport alcalin Rb / a, le fer / métal alcalin que BAI montre le rôle du lavage pour réduire la tendance à la scories de biomasse, JenKinsBM a proposé l'indice d'oxyde alcalin AI et le rapport alcalin Rb / a comme caractéristique des caractéristiques de scories de biomasse des indicateurs, mais n'a pas passé le test Le
Effet de la composition des cendres sur les caractéristiques de la scorpion de la biomasse
Le tableau 2 montre les indicateurs de scories de biomasse basées sur trois types de composants de cendres. Ensuite, les 13 types de biomasse et son test de combustion à lit fluidisé permettent de tester la précision de ces trois indicateurs du scories de biomasse Les résultats des indicateurs discriminants et leur précision sont présentés dans le tableau 3.
3.1.1 Indice d'oxyde alcalin AI
La littérature donne l'indice de base de l'oxyde AI comme indicateur des caractéristiques de la scelle de biomasse, c'est-à-dire avec une teneur en calories par essence de GJ contenant de l'oxyde alcalin (K 2O et Na 2(1)). On voit dans le tableau 3 que l'IA est correcte pour 11 espèces dans 13 types de biomasse.
3.2 température de fusion des cendres et écrasement
Comme pour le charbon, la température de fusion des cendres de biomasse peut également être utilisée comme critère pour les caractéristiques de scories. Cependant, la température de fonctionnement typique de la chaudière à lit fluidisé à biomasse est de 850 ° C, ce qui est beaucoup plus faible que la température de fumée de la chaudière à charbon. Il a été démontré que la température de déformation peut réfléchir avec précision à la tendance à la scories de chaque biomasse, mais pour une certaine biomasse, bien que la température de fusion des cendres soit élevée, elle peut produire une «gaine» pour provoquer des scories. De la température de laitier d'agglomération agrégée du lit à lit fluidisé est inférieure à la température de fusion des cendres. Avec la température de fusion des cendres pour déterminer les caractéristiques de scories de la biomasse des résultats d'optimisme partiel.
4 Conclusion
(1) Les combustibles à la biomasse peuvent être classés de manière générale dans les résidus de transformation du bois et de la foresterie, des plantes herbacées et des résidus de transformation des produits agricoles 3. L'ancienne biomasse a une faible teneur en cendres, des métaux alcalins dans les cendres et les SiO 2La teneur en métal alcalino-terreux est élevée ou supérieure, et il n'est pas facile de scories dans le lit fluidisé. Après les deux types de teneur en cendres de biomasse sont élevées, la teneur en métal alcalin et en SiO2 dans les cendres est élevée ou supérieure, la teneur en métal alcalino-terreux Faible ou faible, le point de fusion des cendres est relativement faible, facile à écumer, dans la combustion du lit fluidisé ou la conversion thermique, la nécessité de contrôler les scories.
(2) lorsque la biomasse dans le lit fluidisé dans la conversion thermique, il y aura peu de point de fusion, le silicate eutectique de métal alcalin apparaît et fondu, ce qui rend les particules de matériau de lit devenir collantes, lorsque la masse fondue atteint un certain pourcentage, la viscosité est assez grande, les particules Entre la réunion, la formation de slagging et même de lit fluidisé ne peut pas être une fluidisation normale; la fusion est généralement K 2O-SiO 2-CaO 2Système ternaire, le silicate eutectique peut être dérivé de la fonte directe des cendres de biomasse, les scories résultantes sont appelées «scories de fonte» ou par la réaction de sable à base de cendres de biomasse et de quart de lit générée, connue comme Le «revêtement conduit à la slagging de type», en fonction de la température de fonctionnement et de la teneur en K, Si, Ca et d'autres éléments dans les cendres de biomasse.
(3) Indice d'oxyde alcalin AI, rapport ferroviaire / métal alcalin BAI et rapport alcalino-terreux / métal alcalin Je peux déterminer avec précision la tendance à la scories de la biomasse, peut être utilisé pour guider le choix de la conception et des paramètres de fonctionnement du lit fluidisé à la biomasse, mais Lorsque la teneur en cendres de biomasse est trop élevée ou trop faible, les résultats de prédiction de l'IA peuvent différer de la situation réelle, lorsque le Fe 2O3Lorsque le contenu est trop élevé, la prédiction de BAI sera affectée et la température de fusion des cendres sera encore efficace pour certaines caractéristiques de la scorbe de biomasse, mais parce qu'une partie de la température de scories de biomasse est beaucoup plus faible que la température de déformation grise, utilisez cette méthode de discrimination Le
