稻壳的流态化燃烧实验 -行业资讯

生物质能作为一种可储存和可运输的可再生能源，具有对环境污染小的优点，其开发和利用已经引起了世界各国的关注。在生物质能分布中，稻壳具有储量丰富、输送简单、易于预处理、分布相对集中、便于利用，倍受人们关注。把稻壳作为锅炉燃料，开展稻壳的燃烧和综合利用，变废为宝，具有重要的经济和社会意义。稻壳的燃烧具有其独有的特点，现今绝大多数的稻壳炉都存在着燃烧效率低、能源浪费严重的问题。燃用稻壳的流化床技术是将生物质作为清洁能源加以开发利用的**途径之一，能很好地适应稻壳的挥发分析出速度快、固定碳难以燃尽的特点，克服了燃烧效率低、能源浪费严重等弊端。本文在高为6 m，内径为Ø0.3 m的流化床装置上，分别进行了循环流化床(CFB)和鼓泡床流化床(BFB)不同工况下的冷态流态化和热态燃烧试验。通过实验结果对比，重点考察了两种情况下的原料分布情况以及燃烧特性。

1 、实验部分

1.1试验装置

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流化床试验台系统图如图1所示。实验系统主要由实验台本体和辅助系统组成。实验台本体包括炉体(高6m，内径妒0.3 m)、旋风分离器、立管和返料器，其中冷态实验装置由透明的有机玻璃制成，热态装置材料力耐热不锈钢，外面包覆保温材料。辅助系统包括送风系统、加料系统、压力和温度测量系统及数据采集系统。鼓风机通过分气包分成三路，一路作为一次风由炉膛底部布风板进入炉膛，一路作为返料风送入返料器，另有一路备用；稻壳料由螺旋加料器从加料口加入炉膛；在沿炉膛高度260 mm、820 mm、1520 mm、2520 mm、3920 mm、6000 mm以及风室、旋风分离器、返料器内布置温度测点，同时布置4个压力测点，温度、压力值被实时显示并记录的计算机中。红外线烟气分析仪实时监测烟气中S02、NOx成分，并将数据记录在计算机上。生物质中的灰分完全以飞灰形式离开炉体，绝大部分飞灰被二级旋风分离器收集后进入灰斗，实验后灰斗收集的灰分进行残碳分析。

1.2试验原料

稻壳是一种表面粗糙、有细小毛刺的梭形状空心原料，长度一般为10 mm左右，**直径处有2～3 mm。表1为实验所用石英砂和稻壳的物性参数，表2则为稻壳的元素分析及工业分析。所用床料石英砂，粒径在0～0.6 mm，粒径分布见图2。

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1.2试验过程

冷态实验条件下，进行了流化床扬析高度和压力分布实验。热态条件下为研究稻壳的燃烧特性，对稻壳进行了循环流化床燃烧和鼓泡床燃烧两组实验。先将40 kg床料加入床内，通入一次风，随后利用燃烧器燃油点火，当密相区温度达到500℃时，开始加入稻壳，通过逐步增加一次风最和稻壳量，实现系统稳定燃烧，流化床中部温度）控制在850℃左右，每组实验持续1小时左右。

2、实验结果

2.1扬析高度及主床压力分布

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图3是0～0.6 mm石英砂在流化床内扬析高度随流化风速的变化曲线．由图3可以看出，风速在0.25～2 m/s时，流化床内扬析高度随流化风速增大瓶增大。流化风速在2～2.8 m/s的时候，扬析高度基本维持在1.8米左右不变。当流化风速超过2.8m/s的时候，床料就会大量的被流化风带出主床．热态实验时，鼓泡流化床为了保证床料不被带出，其流化风速要严格控制在2.8 m/s以下；而循环流化床时为了确保床料和生物质灰的循环，其流化风速应控制在2.8 m/s以上。图4是冷态条件下，鼓泡流化床和循环流化床的主床压力分布对比惰况．由主床压力分布可以看出，鼓泡流化床中压力主要集中在主床底部，这说明存在明显的密相区，床料主要在密相区内上下翻滚。而循环流化床内主床压力分布相对均匀，底部压降稍大于中部和顶部压降，这说明循环流化床内床料分布相对均匀，底部密相区不是很明显。

2.2温度分布

无论是循环流化床燃烧工况还是鼓泡床燃烧工况，都可以实现稻壳的稳定燃烧，并且沿炉膛的温度分布情况较为类似，都是炉膛中部温度较高，底部和项部温度较低．其原因主要在于稻壳中含有大量的挥发分，在炉膛底部经过干燥热解后集中在炉膛中部燃烧，这与煤等燃料的温度分布特性有较大不同。

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2.3燃烧效率

将两个工况取得的飞灰，放入马弗炉内煅烧2小时，根据烧失的重量，计算飞灰中的残碳含量，得到循环流化床燃烧工况飞灰的含碳量为6.64%，鼓泡床燃烧工况飞灰含碳量为6.91%。通过计算可以得出循环流化床稻壳的燃烧热效率为93.36%，鼓泡床稻壳的燃烧效率为93.0%。对于循环流化床来说，通过旋风分离器分离下来的飞灰通过返料器再一次返回主床，继续参加燃烧反应，因而能提高稻壳燃尽性，效率会相应提高。在本实验中，两种情况下燃烧效率都比较高，相差很小，可见对于小型装置来说循环流化床优势并不明显，通过循环流化床装置的增大，循环流化床的燃烧效率可以期望得到迸一步提高。

2.4烟气排放特性

水冷器后的红外线在线烟气分析仪对烟气排放进行了实时监测，在稳定工况下结果如图6所示，可以看出，循环流化床和鼓泡床燃烧排放烟气中烟尘、S02、N2的含量比较接近，参照锅炉大气污染物排放标准(GB 13271-2001)，两种燃烧工况排放的烟气都可以实现达标排放。

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3、结论

本文通过稻壳在0.15 MW流化床装置上进行鼓泡流化床和循环流化床两种情况下的冷态模拟启动和热态燃烧实验，得出以下结论。

(1)选用0～0.6 mm石英砂为床料时，流化风速达到2.8m/s时可实现循环。鼓泡流化床压力分布主要集中在底部的密相区，循环流化床压力分布更趋均匀。

(2)鼓泡流化床和循环流化床都能实现稻壳的稳定燃烧，沿炉膛的温度分布情况较为类似。

(3)循环流化床燃烧效率达到93.36%，鼓泡流化床达到93.01%，循环流化床稍高是由于床料和飞灰的再循环，提高了稻壳的燃尽性。

(4)循环流化床和鼓泡床燃烧排放烟气中烟尘、S02、N2的含量比较接近，都可满足国家排放标准。

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