生物质与煤混燃灰熔融特性及其影响研究

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1、分类号学号M201270921学校代码10487密级硕士学位论文生物质与煤混燃灰熔融特性及其影响研究学位申请人：李至学科专业：热能工程指导教师：陈汉平教授杨海平副教授答辩日期：2015.5.22AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudyofAshMeltingCharacteristicsofCo-combustionofBiomassandCoalanditsEffectCandidate:LiZhi

2、Major:PowerEngeeringSupervisor:Prof.ChenHanpingAssoc.Prof.YangHaipingHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由

3、本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要生物质与煤混燃发电是一种极为有效的CO2减排途径

4、，应用前景广泛。混燃发电面临的最主要技术障碍就是混燃生物质导致的锅炉积灰结渣问题。本文对影响灰渣熔融特性的因素进行了综合分析并结合CFD模拟对煤粉锅炉积灰结渣问题进行了分析。首先，在滴管炉实验平台上探究了生物质种类，混燃比例，燃烧温度和过量空气系数对灰渣熔融特性的影响。研究表明，生物质中碱金属元素K是影响混燃灰特性的关键因素，燃烧初始阶段挥发态K(g)与飞灰颗粒中Si、Al反应生成KAlSi2O6（熔点1100℃）在1300℃条件下呈熔融态，是导致灰渣融聚的关键物质。相同混燃比例下，棉杆混燃灰熔融性最强，木屑较弱，而掺烧稻壳会使混燃灰熔点升

5、高。棉杆质量混燃比应严格限制在20%以下，木屑不宜超过30%，稻壳可在较高比例下混燃。这是由不同灰渣组分造成的灰熔融特性不同决定的。生物质与煤燃料混合不均可造成生物质中部分碱金属未被煤灰颗粒及时固定，可能导致更严重的积灰。KAlSi3O8在1220℃条件下分解为KAlSi2O6是温度对棉杆混燃灰熔融特性影响的关键，较低的燃烧温度不仅减少了低熔点化合物生成且减少了灰渣熔融相，对减轻积灰结渣有重要作用。过量空气系数增加导致S(g)反应活性增强，但S(g)优先和灰颗粒中Ca反生反应，K(g)仍然和灰颗粒中Si、Al反应生成KAlSi2O6，因此增

6、大过量空气系数并无法改善灰渣熔融特性。其次，采用主因素分析法进行了权重分析，分析表明混燃灰中KAlSi2O6的含量和生物质中的钾含量起对灰渣特性到最为主要的影响作用。灰渣中SiO2和CaAl2Si2O6含量的影响作用位列其次。对结渣指数和主因素的线性关联分析表明，当大部分碱金属被固定在灰渣中形成低熔点硅铝酸盐时，结渣指数对混燃灰渣具有一定适用性。但结渣指数的局限性在于不能反映温度变化对灰渣熔融性造成的影响。最后，以灰渣熔融性分析为基础，结合CFD模拟，对锅炉积灰结渣做出了预测。结果表明在锅炉炉膛燃烧器区域附近的水冷壁具有一定的结渣风险，锅炉

7、对流换热面上层的管排在背风面上具有相对较高的积灰风险，且受热面管排间距越小积灰风险越高。在30%及以下比例混烧木屑，锅炉的积灰结渣风险总体是可控的。关键词：混燃发电灰渣特性SEM分析XRD分析数值模拟I华中科技大学硕士学位论文AbstractPowergenerationbyco-firingbiomassandcoalisanefficientwayofreducingCO2emission;thistechnologycanbewidelyutilizedforitslowrisksandhigherefficiency.Themain

8、technicalobstacleforthegeneralizingisthehigherrisksofashdepositionandslaggingcausedbyco-f