摘要：
[方法]：根據(jù)灰熔融特征溫度和灰渣成分，評價花生殼成型燃料的結(jié)渣特性；利用沾污指數(shù)和灰分中Na2O含量和當(dāng)量Na2O，分析花生殼成型燃料的沾污特性。
[結(jié)果]：花生殼成型燃料具有中等結(jié)渣傾向和低沾污傾向。
[結(jié)論]：該研究為生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的設(shè)計和燃燒效率的提高提供了理論依據(jù)。
隨著能源需求量的增加，以及煤燃燒帶來的環(huán)境污染等問題的加劇，生物質(zhì)因其儲量大、易取材、可再生、污染小等優(yōu)點(diǎn)，已成為唯一可替代化石能源轉(zhuǎn)化成氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)以及其他化工原料或者產(chǎn)品的碳資源。生物質(zhì)成型燃料以秸稈、木屑、稻殼等農(nóng)林業(yè)剩余物為主要原料，用機(jī)械加壓的方法，使原本松散的原料壓縮成有一定形狀的成型燃料，最后制成成型環(huán)保燃料，熱值高、燃燒充分，是一種潔凈低碳的可再生能源。作為鍋爐燃料，它的燃燒時間長，強(qiáng)化燃燒爐膛溫度高，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，同時對環(huán)境無污染，是替代常規(guī)化石能源的優(yōu)質(zhì)環(huán)保燃料。
我國是花生種植大國，主要分布在山東、河南、河北、廣東等地區(qū)。其中，山東省種植面積最大，達(dá)80萬hm2，年產(chǎn)量高達(dá)11萬t；河南省種植面積約73萬hm2，僅次于山東省�；ㄉ鷼さ哪戤a(chǎn)量約378.19萬t，一小部分用作飼料或直接燃燒，大部分被廢棄，造成資源的大量浪費(fèi)。利用花生殼制作成型燃料，不僅可以回收資源，而且花生殼作燃料密度大、熱值高、耐焚燒，還可以減少S、N等氧化物對環(huán)境的污染。
由于生物質(zhì)成型燃料中無機(jī)元素（K、Na、Cl、S、Ca、Si、P等）含量較高，以鹽或氧化物的形式存在于生物質(zhì)原料內(nèi)，這些物質(zhì)的熔點(diǎn)相對較低，大部分為700～900℃。當(dāng)生物質(zhì)成型燃料燃燒時，爐膛溫度高于堿金屬化合物的熔點(diǎn)，使其軟化并粘結(jié)在受熱面上，出現(xiàn)結(jié)渣、沾污等現(xiàn)象，不僅影響燃燒設(shè)備的熱性能，嚴(yán)重時還危及燃燒設(shè)備的安全運(yùn)行。所以，對結(jié)渣特性進(jìn)行研究，有利于生物質(zhì)鍋爐的爐膛設(shè)計、受熱面的布置以及吹灰系統(tǒng)的設(shè)計。筆者研究花生殼固體成型燃料的結(jié)渣特性，為燃燒效率的提高提供理論依據(jù)。
1.材料與方法
1.1試驗(yàn)原料與儀器原料為成型花生殼。
儀器包括粉碎機(jī)、烘干箱、電子天平、馬弗爐、灰熔點(diǎn)測定儀、手持快速紅外測溫儀、等離子體發(fā)射光譜儀。
1.2試驗(yàn)方法
燃料的結(jié)渣性測定參照《煤的結(jié)渣性測定方法》（GB/T 15722001）；燃料的灰渣成分測定參照《煤的元素分析方法》（GB/T 4762001）。
2.結(jié)果與分析
2.1花生殼成型燃料的熔融特征溫度
花生殼成型燃料的熔融特征溫度包括變形溫度、軟化溫度、半球溫度、流動溫度，分別為1 210、1 260、1 315、1 350℃。
2.2基于灰熔融特征溫度的結(jié)渣特性評價
無論是燃煤鍋爐還是生物質(zhì)鍋爐，受熱面均會出現(xiàn)積灰、結(jié)渣等現(xiàn)象，生物質(zhì)鍋爐結(jié)渣現(xiàn)象更為嚴(yán)重。燃料在燃燒過程中，揮發(fā)性高的堿金屬最先揮發(fā)，揮發(fā)后的氣體部分凝結(jié)在煙氣中的細(xì)小顆粒上，使顆粒的表面粘性增強(qiáng)，粘附在管壁上，導(dǎo)致受熱面積積灰、結(jié)渣、腐蝕等�；胰廴谔卣鳒囟仁桥袛喙腆w排渣層燃料結(jié)渣傾向的重要指標(biāo)之一，根據(jù)花生殼成型燃料的灰熔融特征溫度，來預(yù)測花生殼成型燃料的結(jié)渣傾向。
2.2.1初始變形溫度。
還原性氣氛中的初始變形溫度DT是預(yù)測爐內(nèi)結(jié)渣傾向的一種常用指標(biāo)。當(dāng)燃料的DT＞1 289℃時，燃料不結(jié)渣；當(dāng)DT為1 108～1 288℃時，中等結(jié)渣；當(dāng)DT＜1 107℃時，嚴(yán)重結(jié)渣。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)對生物質(zhì)成型燃料結(jié)渣情況進(jìn)行預(yù)測，得出生物質(zhì)成型燃料的結(jié)渣性�；ㄉ鷼こ尚腿剂系某跏甲冃螠囟葹�1 210℃，由此推斷花生殼成型燃料具有中等結(jié)渣性。
2.2.2軟化溫度。當(dāng)燃料的軟化溫度ST＞1 390℃時，燃料輕微結(jié)渣；當(dāng)ST為1 260～1 390℃時，中等結(jié)渣；當(dāng)ST＜1 260℃，嚴(yán)重結(jié)渣。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)對花生殼成型燃料結(jié)渣情況進(jìn)行預(yù)測�；ㄉ鷼こ尚腿剂系能浕瘻囟葹�1 260℃，由此推斷花生殼成型燃料具有中等結(jié)渣性。
灰熔融特征溫度的測定具有較大的誤差，只能粗略判斷爐內(nèi)的結(jié)渣傾向。而灰熔融特征溫度較高的燃料大都不具有結(jié)渣性，具有低等或中等灰熔融特征溫度的燃料需要結(jié)合其他判別方法進(jìn)行分析。
2.3基于灰成分綜合比值的結(jié)渣傾向判斷
根據(jù)灰分的各成分含量計算堿酸比、鐵鈣比、硅比，判斷生物質(zhì)成型燃料的結(jié)渣傾向�；ㄉ鷼こ尚腿剂匣以煞种�，Si、Fe、Ti、Ca、Mg、Na、K、Al含量分別為：
26.8%、2.56%、0.32%、3.70%、2.04%、0.92%、5.66%、6.60%；SiO2、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、Na2O、K2O、Al2O3含量分別為57.46%、3.65%、0.53%、5.05%、3.40%、1.53%、6.82%、9.54%。
2.3.1堿酸比B/A。
堿酸比是指灰分中堿性成分的含量與酸性成分含量的比值，計算公式為：B/A=（Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O）/（SiO2+Al2O3+TiO2），式中SiO2、Fe2O3等分別為干燥基灰組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在高溫的作用下，堿性氧化物和酸性氧化物會相互作用形成低熔點(diǎn)的共熔鹽，且酸性氧化物的熔點(diǎn)比堿性氧化物的熔點(diǎn)普遍要高。因此，可以用堿酸比來衡量燃料結(jié)渣的難易程度。根據(jù)堿酸比，將燃料的結(jié)渣傾向分為3 個等級，即低等（＜0.206）、中等（0.206～0.400）；高等（＞0.400）。花生殼成型燃料灰分的堿酸比為0.302，具有中等結(jié)渣傾向。
2.3.2硅比G。硅比的計算公式為G=SiO2/（SiO2+CaO+MgO+Fe2O3），式中分母大多為助熔劑，SiO2較大意味著灰渣粘度和灰熔點(diǎn)較高，因而G越大，結(jié)渣傾向越小�；ㄉ鷼こ尚腿剂系墓璞菺=82.6%，可判斷花生殼成型燃料具有輕微結(jié)渣傾向。
2.3.3鐵鈣比。
由于花生殼成型燃料燃燒時揮發(fā)分含量較高，與煙煤更相近，故按煙煤型灰判斷其結(jié)渣傾向。美國近年來用鐵鈣比作為判斷煙煤型灰的結(jié)渣指標(biāo)之一，當(dāng)鐵鈣比＜0.3時，燃料不結(jié)渣；當(dāng)鐵鈣比為0.3～3.0時，中等或嚴(yán)重結(jié)渣；當(dāng)鐵鈣比＞3.0時，不結(jié)渣�；ㄉ鷼こ尚腿剂系蔫F鈣比為0.72，說明花生殼成型燃料具有中等或嚴(yán)重結(jié)渣性。
2.4花生殼成型燃料沾污特性評價
由于許多生物質(zhì)的灰份中K、Na等元素含量很高，造成灰的灰熔點(diǎn)下降。灰熔點(diǎn)的下降會引起流化床的燃料粘結(jié)和換熱面灰污、結(jié)垢和腐蝕問題。爐排上的結(jié)渣和對流受熱面上沾污的形成原理不同，但兩者相互影響。花生殼成型燃料燃燒時揮發(fā)分含量較高，與煙煤相近，所以按煙煤型灰來判斷其沾污傾向。
2.4.1沾污指數(shù)Rf。沾污指數(shù)Rf計算公式為Rf=AB×（Na2O），式中A/B為酸堿比；對于煙煤型灰，Na2O為煤灰中Na總含量。根據(jù)沾污指數(shù)Rf，煙煤型灰沾污傾向可以劃分為4個等級，即低（＜0.2）、中（0.2～0.5）、高（0.5～1）、嚴(yán)重（＞1）。花生殼成型燃料沾污指數(shù)Rf=0.051，所以其沾污傾向低。
2.4.2灰分中Na2O含量和當(dāng)量Na2O。堿金屬氧化物中Na2O的含量對鍋爐沾污影響最為嚴(yán)重，所以常用灰分中Na2O的含量和堿金屬氧化物的總含量來預(yù)測灰的沾污傾向。把Na2O含量按下式折算成當(dāng)量Na2O：
當(dāng)量Na2O=（Na2O+0.659K2O）A100，式中A為燃料的灰分；系數(shù)0.659為Na2O和K2O的摩爾當(dāng)量比。花生殼成型燃料的Na2O含量為1.53%，當(dāng)量Na2O為0.15%，根據(jù)表2，可以判斷花生殼成型燃料具有低沾污傾向。
3.、結(jié)論
采用不同方法判斷花生殼成型燃料的結(jié)渣特性及污染特性，結(jié)果表明花生殼成型燃料具有中等結(jié)渣傾向和低沾污傾向。為避免生物質(zhì)成型燃料在燃燒過程中出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象，可以在生產(chǎn)過程中添加抗結(jié)渣劑，或采用固體排渣的方式。在設(shè)計生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備時，要結(jié)合不同生物質(zhì)成型燃料的燃燒特性，合理布置爐膛結(jié)構(gòu)，盡量減少結(jié)渣現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料的高效燃燒。
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