Shen Guozhang, Zhong Zhencheng, Wu Zhansong
Departamento de Ingeniería Térmica, Universidad de Tsinghua, Beijing 100084, China
de combustión de lecho fluidizado de la biomasa en el material del lecho durante el funcionamiento normal de la escoria aglomerado puede afectar gravemente sistema expuesto escorificación aglomeración y motivos hidrodinámicos mecanismo de material de lecho de biomasa termoquímico ;. Basado en 13 biomasa análisis de composición y resultados de pruebas de lecho fluidizado, se centra en tres clases de fiabilidad y biomasa verificación discriminación escorificación índice con índice de óxidos básicos (AI), la relación de hierro / metal alcalino (la BAI) y metal alcalinotérreo de metal / alcalino (I), es posible determinar con precisión la tendencia de escoria de la combustión de biomasa.
Dado que la materia prima rica en metal alcalino ceniza, la combustión de biomasa en la caldera de lecho fluidizado que opera en la presencia de la corrosión, ensuciamiento, con formación de escoria problemas. Además, la materia prima de biomasa aglomerado escorificación de lecho fluidizado puede conducir al fracaso de la fluidizado , dará lugar al cierre anormal. por lo tanto, la quema de biomasa mecanismo de formación de escoria graduado indicadores escorificación características de discriminación biomasa, importantes para el funcionamiento de la dirección de equipos de combustión de biomasa propuesto.
1 composición de ceniza de biomasa
La Tabla 1 enumera los 13 tipos de alto valor calorífico del combustible de biomasa, la composición escorificación ceniza y las propiedades en comparación con el carbón, el contenido de cenizas de la biomasa es bajo, un contenido de carbono fijo bajo, alto contenido en volátiles, es más fácil de encender y quemar La tasa es rápida, el valor calorífico es aproximadamente la mitad del carbón estándar.Los componentes principales de la ceniza de biomasa son SiO 2Al 2O3, Fe 2O3, CaO, MgO, TiO 2Na 2O K 2O, Cl, SO 3, P2O5Y la composición relacionada con la escoria es metal alcalino (Na 2O K 2O), metales alcalinotérreos (CaO, MgO), SiO 2Y Cl, etc. La actividad de metal alcalino en la biomasa es alta, 2Combinan en un bajo punto de fusión eutéctico silicatos de metales alcalinos, la escoria que resulta en la aglomeración del material del lecho. Cuanto mayor sea el contenido de metal alcalino, más baja es la de materiales punto de fusión de ceniza cruda, la presencia escorificación más fácil de silicatos de metales alcalinotérreos puede mejorar la co-cristal Punto de fusión, cuanto más alto es su contenido, menor es la tendencia a la escoria. Cl puede promover la evaporación de los metales alcalinos, y luego con el SiO 2Reacción para generar silicato de metal alcalino, para promover la formación de escoria.
Los combustibles de biomasa se pueden dividir en tres categorías: (1) residuos de procesamiento de madera y silvicultura, que tienen mayores valores caloríficos, bajo contenido de cenizas, metales alcalinos en las cenizas y SiO 2Los niveles bajos, el contenido de metal de tierra alta o alta alcalina, alto punto de fusión de ceniza, fácil formación de escoria. escorificación temperatura medida madera y la corteza son 985 deg.] C y 905 ° C.] C, escoria no se produce a la temperatura de funcionamiento del lecho fluidizado (2) Las hierbas tienen menor valor calorífico, mayor contenido de cenizas, metal alcalino y SiO 2(3) residuos de procesamiento de productos agrícolas, tales como bagazo de caña de azúcar, cáscara de oliva, piñones, etc, alto o más alto valor calorífico, alto contenido de cenizas es baja o baja, el contenido de cenizas es relativamente baja, fácil de escoria. , El contenido de ceniza es mediano, el contenido de álcali de ceniza en la ceniza es alto o más alto, la mayor parte de la ceniza de biomasa 2Alto o alto, el contenido de metal alcalinotérreo también es mayor, el punto de fusión de la ceniza de biomasa es baja, fácil de escoria.
2 Mecanismo de escorias de lecho fluidizado de biomasa
(1) Desde el punto de vista de la mecánica de fluidos, se analizan los cambios en el estado de fluidización del lecho y las razones de la mecánica de fluidos cuando se estudia la escoria del lecho e incluso el fallo de fluidización en los siguientes aspectos: (2) desde el punto de vista termoquímico, el bloque de los elementos y compuestos típicos y la formación de estos compuestos y otras vías.
2.1 razones de mecánica de fluidos
Se encontró que, cuando la temperatura del lecho supera un cierto valor, es decir, cuando la 'temperatura de sinterización inicial', la velocidad mínima de fluidización ya no seguir la ecuación de Ergun, pero mucho mayor que el valor calculado a partir de la ecuación. Esto es debido a las partículas de material de lecho se vuelve pegajoso y aglomerado en partículas grandes, este proceso destruye un estado fluidizado, y en última instancia conducir a un fallo del material del lecho de partículas fluidizado encontrado tiende a aumentar muy significativamente el tamaño de partícula del material del lecho a través del lecho fluidizado escorificación medida antes y después de la distribución. además una electrónica de barrido La observación con microscopio (SEM) de partículas de material de lecho encontró que en todos los experimentos casi todas las partículas de material de lecho pequeño se combinan en partículas más grandes.
La experiencia de la operación muestra que hay una caída repentina en la diferencia de presión entre el lecho y el lecho del lecho fluidizado cuando la escoria de lecho se lleva a cabo en cierta medida debido a la presencia de vacíos mayores para que el aire pase a través de Además, La diferencia de temperatura entre los lechos superior e inferior tendrá un aumento repentino. Obviamente, en el laboratorio o planta de energía de biomasa, puede utilizar la diferencia de temperatura de la cama y la presión como un marcador de los indicadores de fallo de la fluidización.
2.2 Mecanismo termoquímico
La morfología del bloque de escoria se observó mediante SEM, y cada bloque de escoria contenía un número de partículas de roca madre, que estaban envueltas por una gran cantidad de fusión (formada después de la fusión y enfriamiento), la superficie de la masa fundida era lisa y una sustancia vítrea; La superficie está cubierta por una delgada capa de gris y las partículas están conectadas entre sí por un punto limitado (denominado conexión tipo cuello) y hay un rastro de fusión en la conexión, por lo que puede determinarse a partir de la morfología que estas fusiones proporcionan un pegado FrydaLE calculó la relación entre la composición y la relación de fusión de la capa de cenizas sobre la superficie de la escoria y encontró que la temperatura de escoria estaba en buen acuerdo con la temperatura de fusión. Para estos fels, la ceniza superficial Se analizó la composición de los elementos en las uniones de cuello y cuello y se observó que eran diferentes de las de las partículas de lecho fresco excepto que el contenido de K era mayor que el de Si y había una cierta cantidad de Ca, Fe, Mg Como el componente principal es Si, K, Ca, la fusión de la escoria puede atribuirse a K 2O - CaO - SiO 2El sistema ternario, el silicato eutéctico de los metales alcalinos y alcalinotérreos, tiene una composición similar a la del vidrio (Na 2O - CaO - SiO 2Sistema ternario), que es también la razón del vidrio en la masa fundida.El silicato eutéctico de metal alcalino tiene un bajo punto de fusión, tal como K 2O-SiO 2La temperatura del punto de fusión es de 770 ° C, que es inferior a la temperatura de funcionamiento del lecho fluidizado, por lo que es fácil de fundir en el lecho. 2O - CaO - SiO 2Cuanto mayor es el contenido de Ca, mayor es el punto de fusión, mayor es la temperatura de escoria del bloque de escoria con mayor contenido de Ca, y se obtiene la misma conclusión a través del cálculo del equilibrio termoquímico o del diagrama de fases.
Obviamente, la escoria de lecho fluidizado de biomasa puede dividirse en "tipo inducido por revestimiento" y "tipo inducido por fusión" 2. El primero es a partir de la ceniza de biomasa K, Ca y otros elementos y la reacción de superficie de lecho de arena de cuarzo, La capa de reacción uniforme y densa y el grosor del aumento, se funde a altas temperaturas, dando como resultado una fuerza viscosa para hacer la colisión de partículas de material de lecho a través de la conexión en forma de cuello y aglomeración debido a la necesidad de biomasa y material de cama, La escoria producida en el lecho fluidizado de arena de cuarzo como material de lecho es un tipo de revestimiento típico. 'La fusión lleva al escoraje de tipo' es causada por la fusión directa de materia de bajo punto de fusión en ceniza de biomasa, Reacción del material de cama.
Cuando la ceniza de biomasa contiene más K y Si al mismo tiempo, el contenido de Ca es menor, 2O - CaO - SiO 2Las facies ternarias se encuentran en la zona de bajo punto de fusión y se funden directamente a altas temperaturas. La escoria producida por la combustión de la escoria de la cáscara de oliva, la cáscara de aceituna y la cáscara de pino en el lecho fluidizado de arena de cuarzo, Las partículas se envuelven en masa fundida grande, y el tiempo de escoriación es más corto.
En el caso de la biomasa de lecho de lecho fluidizado, el revestimiento lleva al tipo "relación de escorias", los hilos de fusión conducen a la escorificación de tipo '' '' Cuanto mayor es la temperatura de funcionamiento, mayor es la tendencia al escoraje de la escoria resultante. Cuando hay más Si y K, y el contenido de Ca es bajo, la tendencia de la escoria es seria y tiende a "fundirse para causar escorias de tipo." Los tallos amarillos herbarios, tales como paja de arroz y paja tienen tales características. De la tendencia a la escoria es grave, y difícil de suprimir.
2.3 Cinética de reacción de gases y sólidos de álcali y minerales
Alta de metal alcalino material activo en la ceniza cruda, sales tales como KCl generarse fácilmente a una temperatura alta y volátiles, las partículas de material de lecho de la sal de metal alcalino gaseoso de una reacción gas-sólido que se produzcan. Las pruebas mostraron que los minerales por reacción química, adsorción física y la absorción de alcalino en fase gaseosa metal, pero previamente dominado. ceniza de lignito y caolín son ricas en Si y al, la capacidad más fuerte para absorber de metal alcalino, mucho mayor que el dióxido de silicio.
TranKQ estudió la captación de caolín a 850 ℃ KCl, KOH, K 2SO 4Y factores de eficiencia. Material de lecho diferente con un álcali cinética de la reacción química de metal, puede ayudar a encontrar aditivos alternativos eficaces o material de lecho y la optimización de parámetros de funcionamiento.
Identificación de las características de escoria de biomasa
Al seleccionar una biomasa fluidizado parámetros de diseño y operación de calderas cama, todo lo que necesita saber escoria características de la biomasa elegido para el carbón, que ha sido un gran trabajo de investigación y una serie de indicadores fiables para determinar las características de escorificación guiar la práctica de ingeniería, pero poco de investigación características índice de biomasa de escorificación. Yan Weiping investigaron las características de escorificación índice de idoneidad biomasa para discriminar características de escorificación, VamvuKaD índice de óxidos alcalinos IA, una relación Rb base / ácido a, de hierro / metal alcalino que BAI mostrar el papel del lavado para reducir la tendencia de la biomasa escorias, JenKinsBM propuesto índice de óxido alcalino AI y la relación alcalina Rb / a como una cuestión de biomasa escorias características de los indicadores, pero no pasó la prueba El
Efecto de la composición de cenizas en las características de escoria de la biomasa
La Tabla 2 muestra los indicadores de escorias de biomasa basadas en tres tipos de componentes de cenizas. A continuación, los 13 tipos de biomasa anteriores y sus resultados de la prueba de combustión en lecho fluidizado para probar la exactitud de estos tres indicadores de la correspondiente escoria de biomasa Los resultados de los indicadores discriminantes y su precisión se muestran en la Tabla 3.
3.1.1 Índice de óxido alcalino AI
óxido básico índice de documento AI determinado se da como un índice de las características de escorificación de la biomasa, es decir, combustible de biomasa con calor por GJ contiene óxido básico (K 2O y Na 2(1)). Puede verse en la Tabla 3 que la AI es correcta para 11 especies en 13 tipos de biomasa.
3.2 temperatura de fusión de las cenizas y trituración
Al igual que con el carbón, la temperatura de fusión de la ceniza de la biomasa se puede utilizar como indicadores de escorificación características determinadas, pero es típicamente caldera de lecho fluidificado temperatura de funcionamiento de la biomasa es de 850 ℃, mucho más baja que la temperatura del gas de salida de la caldera de carbón, por lo que el valor límite es determinado a ser corregido . estudios han demostrado que es posible reflejar con precisión la tendencia escorificación temperatura de deformación de cada uno de la biomasa, pero para algunos de la biomasa, aunque su temperatura de fusión alto contenido de cenizas, pero que puede producir 'conducir de tipo capa de revestimiento "formación de escoria. algunos biomasa De la temperatura de fusión de la mezcla de lecho de lecho fluidizado aglomeración de escoria es inferior a la temperatura de fusión de cenizas.Con la temperatura de fusión de cenizas para determinar las características de escorias de biomasa de los resultados de optimismo parcial.
4 Conclusión
(1) Los combustibles de biomasa pueden clasificarse ampliamente en residuos de procesamiento de madera y silvicultura, plantas herbáceas y residuos de procesamiento de productos agrícolas 3. La biomasa anterior tiene un bajo contenido de cenizas, metal alcalino en las cenizas y SiO 2Los niveles bajos, el contenido de metal de alta o alta alcalinotérreo, en el lecho fluidizado de escorificación operación fácil Después de alto contenido de ceniza en las dos sustancias diferentes, un alto o más alto contenido de cenizas de SiO2 y un metal alcalino, el contenido de metal. alcalinotérreo Bajo o bajo, el punto de fusión de la ceniza es relativamente bajo, fácil escoria, en la combustión de lecho fluidizado o conversión térmica, la necesidad de controlar la escoria.
(2) Cuando la biomasa en una conversión térmica de lecho fluidizado, habrá un eutéctico de bajo punto de fusión de silicato de metal alcalino y se descongelaron aparecido, las partículas se vuelven pegajosas de manera que el material del lecho, cuando la masa fundida llega a un cierto porcentaje, la fuerza viscosa es lo suficientemente grande, las partículas Entre la reunión, la formación de escorias e incluso de lecho fluidizado no puede ser una fluidización normal, la fusión es generalmente K 2O-SiO 2Cao 2El sistema ternario, el silicato eutéctico puede derivarse de la fusión directa de la ceniza de biomasa, la escoria resultante se denomina "fundir el plomo a" la escoria, o por la ceniza de biomasa y la reacción de arena de cuarzo de la cama generada, conocida como 'El revestimiento lleva al tipo' escorias, dependiendo de la temperatura de funcionamiento y del contenido de K, Si, Ca y otros elementos en la ceniza de biomasa.
(3) El índice de óxido alcalino AI, la relación de hierro / metal alcalino BAI y la relación metal alcalinotérreo / metal alcalino I pueden determinar con precisión la tendencia a la escoria de la biomasa, pueden utilizarse para guiar la elección del diseño de lecho fluidizado de biomasa y los parámetros operativos. Cuando el contenido de ceniza de biomasa es demasiado alto o demasiado bajo, los resultados de la predicción de IA pueden diferir de la situación real, cuando el contenido de Fe 2O3Cuando el contenido es demasiado alto, la predicción de BAI se verá afectada, y la temperatura de fusión de la ceniza seguirá siendo efectiva para algunas de las características de escorias de biomasa, pero debido a que una parte de la temperatura de escorias de biomasa es mucho menor que la temperatura de deformación gris, El
