秸秆燃烧过程受热面上沉积的形成过程和肌理的试验研究

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1、秸秆燃烧过程受热面上沉积的形成过程和肌理的试验研究：为了解决秸秆燃烧过程中在锅炉受热面上形成的严重沉积问题，本文通过试验对锅炉内受热面上的沉积形成过程和机理进行了研究，发现沉积的形成主要是秸秆中的灰分在燃烧过程中的形态变化和输送作用的结果，在这个过程中，沉积的形成受到促使飞灰在受热面上粘附的力和破坏灰沉积形成的力两种相反方向力的作用。　　关键词：秸秆燃烧；受热面；沉积；形成过程；机理　　：G642.423：A：1002-7661（2011）10-016-03　　　　　　一、前言　　随着化石能源的短缺及其带来的环境

2、问题日益严重，秸秆直接燃烧技术成为国内外关注的热点。但是秸秆的形成条件及过程与化石能源不同，秸秆具有与其它能源不同的成分和结构，因此，秸秆直接燃烧将给燃烧系统带来了很多问题，其中，以在锅炉受热面上形成沉积的问题最为严重。　　这种沉积给锅炉带来了很大的危害：　　首先，它影响受热面内的热量传递。燃煤锅炉受热面上的沉积物的导热系数一般比金属管壁低400～1000倍，当受热面上积灰1mm厚时，受热面的传热能力下降了28%；而秸秆燃烧形成的沉积物的厚度从0增加到0.56mm，受热面的传热能力下降了51％，可见，秸秆燃烧形成

3、的沉积物的传热性能更差。　　其次，沉积物对受热面造成了严重的腐蚀。一般认为煤中氯的含量超过0.25%时，在燃烧过程中就会腐蚀设备，并且在设备中产生结皮和堵塞现象。与木材等其他燃料相比，秸秆作物中的氯含量过高，根据试验测定玉米秸秆中氯的含量为0.5%－1%，燃烧过程中燃料释放出来的氯与烟气中的其它成分反应生成氯化物，然后与飞灰颗粒一起沉积在受热面上形成沉积物，其中的氯化物就与受热面上的铁发生化学反应，将管壁中的铁逐步转移到沉积物中，从而使管壁越来越薄，对管壁造成严重的腐蚀。在当前燃用生物质的锅炉中已经发现了受热面严

4、重的腐蚀问题，如当混合燃烧含氯高的生物质燃料为稻草时，当壁温高于400℃时,将使受热面发生高温腐蚀。　　最后，沉积物影响了锅炉的安全运行。随着锅炉的运行，受热面上的沉积物日益增厚，当重力、气流粘性剪切力以及飞灰颗粒对壁面上沉积的撞击力等破坏沉积形成的共同作用力超过了沉积与壁面的粘结力时，沉积块（渣块）就从受热面上脱落，形成塌灰，也称垮灰。当水冷壁表面上有大渣块形成时，在渣块自重和炉内压力波动或气流扰动的作用下，大渣块会突然掉落。脱落的渣块有可能损坏设备，引起水冷壁振动，引发更多的落渣。而且渣块形成时的温度很高，渣

5、块的热容较大，短时间内大量炽热渣块落入炉底冷灰斗，蒸发大量的水蒸气，会导致炉内压力的大幅度波动。压力波动超过一定限制时，会引发燃烧保护系统误动，切断燃料投放，导致锅炉灭火或停炉。　　秸秆燃烧过程中在受热面上引起的沉积腐蚀问题已严重阻碍了秸秆直接燃烧技术的推广和使用，对于这个课题，尽管国内外已开展了大量的研究，但是到目前为止对于其形成过程和机理还不清楚。本文通过试验对锅炉内不同位置的受热面上的沉积形成过程和机理进行了研究，为进一步寻找解决沉积的方法和措施奠定了基础。　　二、试验设备、仪器及方法　　1、试验装置与仪器

6、　　试验装置是有炉体、烟囱、进水系统、出水系统等部分组成。整个试验装置系统如图1所示：　　　　　　　　试验中采用的仪器是扫描电子显微镜，JSM-5610LV型；　　（1）测试项目及方法　　钾、钠采用火焰光度法。灰样的微观形貌采用JSM-5610LV型扫描电子显微镜观察并拍摄SEM照片：取样后，根据扫描电子显微镜的要求进行处理，然后调节电压（15KV－20KV），在不同的放大倍数下进行观察并拍照。本试验采用的放大倍数范围是：500-5000。　　2、沉积的形成过程　　（1）秸秆成型燃料中影响沉积形成的主要元素　　秸

7、秆燃烧过程中，受热面上的沉积主要是由于秸秆中含有较高的碱金属和氯引起的，硅、硫等元素在沉积的形成中也起着具有重要作用。秸秆中，这些元素的主要有两个：一是秸秆本身固有的，是其在生长过程中从土壤、地下水、大气中通过生物吸附而来的；二是来自人们利用秸秆过程中混入的灰尘、土壤。碱金属和氯是植物生长的营养元素，通常在植物体内的含量很高。例如，丹麦的生物质灰中，K2O含量可高达50ainelementsinstraber　　生物质种类秸秆（重量％，干）木块（重量％，干）　　灰分（％）特殊值范围特殊值范围　　4.52-81.0

8、0.3-6　　Si0.80.1-2.00.2<1.1　　Ca0.40.2-0.50.20.1-0.9　　K1.00.2-2.60.10.05-0.4　　Cl0.40.1-1.10.02<0.1　　S0.150.1-0.20.05<0.1　　（2）沉积的形成过程　　为了观察沉积的形成过程，试验过程中，每隔一个小时，从受热面上取下一块样品（包括受热面表皮和沉积），用SEM进行