【doc】稻谷壳流化床的燃烧特性

【doc】稻谷壳流化床的燃烧特性 稻谷壳流化床的燃烧特性 第22卷第3期 1994年3月 华中理工大学 J.HuazhongUnivofSci.8LTech. Vo【-22No.3 Maf.1994 稻谷壳流化床的燃烧特性 林志杰刘皓黄琳刘德吕 ——一 ——一 (动力I程系)一 . 摘要介绍了稻谷壳的物理化学特性及热重试验结果,与煤燃烧特性进行对比,阐述了稻谷 A壳燃烧过程中,挥发分与焦炭分阶段燃烧的概念}井通过燃烧试验提出了独特的以纯稻谷壳流 态化燃烧方式为主的组合燃烧方式,为纯稻备壳流态化燃烧锅炉设计和运行提供了理论依据. 关?调稻谷壳流化床}热重试验.燃烧特性 分类号一—— 我国每年稻各壳产量约54Mt,大量稻谷壳堆积如山,污染生态环境.因此,把稻谷壳作为 锅炉的燃料,变废为宝,已势在必行.流化床锅炉燃料适应性广,燃烧强度大,污染小,利用流化 床锅炉燃烧稻谷壳,开展稻谷壳的综合利用,具有重要的经济价值和社会意义.国内,外已有用 异比重床料(用石英砂傲床料)采用流态化方式燃烧稻谷壳的研究],这种方式虽然燃烧比 较稳定,但必须经常补充石英砂.用纯稻谷壳傲床料,采用以流化床燃烧为主的组合燃烧方式 燃烧稻谷壳,这在国内,外还无先例.用纯稻谷壳做床料流化速度低,磨损小,不易结焦,特别是 避免了补充砂于的问题.因此本文对这一新的燃烧各壳的方式进行了试验研究,并与制造厂合 作,研制纯稻谷壳流化床锅炉. 图l所示.在曲线AB段属于固定床,但与燃煤流化床不 同,在AB段范围内形成明显的固定床加喷泉状淘流的混图1稻谷壳的流化特性曲线 合流动状态,尽管如此,稻谷壳的阻力特性与燃煤情况仍具有相似的规律性. 固定床料层阻力Zxp与气体 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 观速度成指数关系,即: ?户:ku.(1) 不同的工况有不同的值和k值,n与k都是筛分特性,平均粒径和料层高度的函数.对(1) 式两边取对数,得到 lnAp一'Ink+nlnu.(2) 式(2)为一斜率为的直线,对试验数据进行回归,得到在试验条件下压降zxp与表观速度" 收稿日期:1993—05—31 林志杰,男,1936年生.剧教授;武汉:华中理工大学动力工程系(430074) 华中理工大学1994担 的关系式为?p:l155.1"124+随着气流速度增加,床料进入流化状态.床层压降达到单位面 积上的物料重量并保持不变,即 ?户=嘶(一)(1一f).(3) 固定床压降关系式,可用通用的关联式表示为 ZXp一(^/)["/(2g)](1一E)/,.(4) 临界流化状态下(3),(4)两式中?p相等,即 ~(h/dp)[/(2g)(1一e)/f:^(r,rt)(1,e).(5) 将(5)进行无因次变换,得到A=ARe~f,两边取对数得到 lnA一lnA+mlnRemf_(6) 利用(6)式对稻谷壳临界流化状态的数据回归得到Ref=0.499A."..试验表明,用纯 稻谷壳做床料的临界流化速度为0.5m/s,而用异比重床料时.临界流化速度为0.8m/s左 右E",显然,纯稻谷壳更易达到流化状态.在曲线的CD段,部分粒子达到了终端速度,飞出沸 腾层.值得注意的是,稻谷壳流化床良好流化的速度范围比燃煤流化床的速度范围窄得多]. 2稻谷壳的物化特性及热重试验 2.1答壳的化学特性 用化学方法对武汉地区和常德地区的谷壳进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,得到的结果列于表l中 丧1武汉及常饱地区稻答壳成分分析(未标明单位为) 2.2成团爰结焦特性 将谷壳置于坩锅内,放入电炉在950?,1000?,l050?三种温度下分别燃烧2h,发 现稻谷壳燃烧后仍呈松散状态,而且明显存在未燃烧成分.在美国LECO公司生产的AF一600 型灰熔点测定仪上测得谷壳的灰熔点在1500?以上.由此说明,用纯谷壳做床料的流化床 锅炉在流化床燃烧的一般温度范围内,不会出现结焦现象. 2.3稻答壳的热重试验 采用美国LECO公司生产的MAC-500 型热重分析仪对稻谷壳进行热重分析,并与临 汾烟煤的热重特性进行对比.图2为氧气气氛 下,选取加热速度为55?/rain时得到的稻谷 壳与山西l汾烟煤的TGA曲线.在稻谷壳的 TGA曲线的AB段_内,水分从稻谷壳中析出, 而从B点开始,挥发分急骤析出,到c点挥发 ? 时间/mi. 图2氧气气氛下各壳和烟煤的TGA曲线 1一谷壳,2一临汾烟煤 分析出完毕,从C点焦炭开始燃烧,到D点时燃烧基本上就停止了.而临汾烟煤的挥发分析 出和焦炭燃烧无明显分界点.在氧气气氛下,选取加热速度99"C/rain得到的谷壳与临汾烟煤 的TGA曲线,与55~C/rain加热速度下得到的结果一致.图3为菰气气氛下,加热速度为 55?/mln时爷壳与烟煤的TGA曲线,因为气氛为隋性,可认为没有发生燃烧,析出的成分都 第3期林志杰等稻谷壳流化床的燃烧特性23 是挥发分,显然稻谷壳的挥发分析出非常剧烈,与图2对比可知,挥发分在焦炭着火之前就基 本已析出完毕. 比较图2与图3的TGA曲线还可见,稻谷壳 的挥发分在氧气与氮气两种不同气氛下的析出相 似,前阶段都根强烈;而临汾烟煤在氧气气氛下比氮葛 气气氛下挥发分析出平缓得多.这可能是由于稻谷 壳含灰量少,几何形状与球形相差甚远,裹灰燃烧现 象不如煤粒严重造成的.时间/rain 对稻谷壳的热重试验数据进行整理,得到单位图3氯气气氛下谷壳和烟煤的TGA曲线 时间内稻谷壳挥发分析出的速率可以表示为:1—各壳,2一临汾烟煤 d{肛)h/d{t}.=0.33exp(一3187.5/{T}K){(一M)). 式中,^为已经析出的挥发分质量;^为可以析出的最大挥发分质量(kg;f为时间(s);T 为温度(K).稻谷壳燃烧后期为焦炭燃烧,其燃烧速率可以表示为: d{M}/d{t).=1.8×10-3exp(一1041.7/{T)K){(M一))k. 式中,Mo为已经燃烧的焦炭质量(kg);^为焦炭总质量(kg). 临汾烟煤的挥发分析出失重速度为每分钟3,而稻谷壳则为每分钟6.9,这说明稻谷 壳的挥发分析出速度很快,这将使稻谷壳容易着火,但由于挥发分燃烧和焦炭燃烧明显分成两 个独立的阶段,不像煤的挥发分燃烧与焦炭燃烧存在一个并存的阶段,这将不利于稻谷壳的后 期燃尽,在焦炭含量还有2O左右时,燃烧就基本上已经停止,说明稻谷壳很难燃烧完全. 3稻谷壳流化床燃烧试验 稻谷壳流化庵燃烧试验在图4所示的200mm×200him的 热态试验台上进行.在离布风板不同的高度上装设了温度测点和 烟气取样点.稻谷壳可用螺旋给料机或由气力输送连续供给,在 1620mm高处布置有二次风入I:1. 试验表明,稻谷壳在流化床内较宽的温度范围内能稳定燃烧, 稻谷壳非常容易着火,一般不出现灭火,虽然有时沸下温度降到只 有400?,床料并不灭火,而床温高达1170?时也未产生结焦. 用热电偶进行温度测量.得到的典型的沿床层高度温度分布如图 5所示(图中高度数值为到布风板的距离).燃烧试验发现.稻谷 壳流化床对流化速度十分敏感,当流化速度稍低,则形成床料堆积 而流化不起来,流化速度偏高则大部分稻谷壳都被空气带走,稻谷 壳在流化床中形成良好流化的速度范围较窄,这与冷态试验得出 的结论一致. 在4030mm高度处抽取烟气进行分析,发现CH.含量高于 5,说明挥发分析出猛烈,在沸腾层中来不及燃烧,以致于在悬浮 段存在较多可燃气体,这也证实了稻谷壳热重试验得出的结果.为 提高悬浮段可燃气体的燃尽度,在距布风板的一定高度处加入二 图4流化床燃烧试验台 l一笛形管,2一气力输送 管,3一二次风管,4一温度 测点,5一静压测点,6布 风板,7一螺旋给料机 高度fm 图5不同高度的床温分布 p\毯嘲 华中理工大学 次风,然后分析烟气成分,得到表2所示加二次风后不同高度cH,CO含量.显然,加入二次 风改善了可燃气体的燃尽度. 对分离器分离出的稻各壳飞灰进行分析,含碳量高达28.3,而炉灰的含碳量则只有 4—7,说明稻谷壳中的焦炭很难燃尽,燃尽需要很表2加=次风后不同高度cH{,CO量 长时间,炉灰在炉内停留时间比飞灰停留时间长得—===='_——:-—=一 多,所以飞灰含碳量明显高于炉灰的古炭量. 稻谷壳燃烧与煤燃烧不同,稻谷壳的挥发分析 出迅速,其焦炭难以燃尽,挥发分的燃烧及焦炭的燃 烧明显地分成两个独立的阶段,采用单纯的流化床燃料难以使稻谷壳燃烧完全,而且谷壳极易 着火,因此,稻谷壳燃烧的关键在于后期谷壳的燃尽.我们首次推出了燃用稻谷壳的三组合的 燃烧方式,将流化床燃烧,悬浮燃烧,层燃有机结台起来.在设计时,采用分级配风,分段燃烧技 术,适当提高悬浮段和层燃燃尽段温度,延长稻谷壳在炉内停留时间,提高稻谷壳燃烧效率.本 技术已获得国家专利.其优点在于:a.流化床风率低,流化速度低,有利于减少稻谷 壳飞出流化 床的分额,增长稻谷壳在床层停留时间;b.流化床层为还原气氛,使部分挥发分在悬 浮段内燃 烧,有利于提高悬浮段温度,使稻谷壳中的可燃物在悬浮段进一步燃烧较粗的颗粒 从流化 床经中间隔墙的交换孔及悬浮段沉降进入燃尽床,粒子在低风建的工况下微微沸 腾,缓慢流向 排渣口,既延长了稻谷壳在炉内的停留时间,又使排渣顺利,畅通. 参考文献 1PretoF,AnthonyEJrDesaiDL.eta1.CombustionTriMsofRiceHullsinaPilot— ScaleF1uidizedBed. 1ntConf.OnF1uidiz,edBedCombustion.1987.2:1123,1128 2BhattacharySC-SomeAspectsofFluidizedBedCombustionofPad[yHusk.AppliedEnergy.1984(16): 307,316 3LiuHuancairLinZhijierLiuDechang,eta1.AnExperimentallnvestigatlononAerodynamicCharacterls— ticsinaColdModelFluidizedBed.JournalH.U.S.T.,1986(1)71,79 4朱策民.赵宗牛,刘德昌等.谷壳流化床流化特性及传热特性.华中理工大 学,1992.20(6):79~88 5刘焕彩,刘德昌,林志杰等.流化床锅炉原理与设计.武汉:华中理工大学出版 社,1988. CombustionCharacteristicsofaRiceHuskFluidizedBed LinZhqi~LiuHaoHuangLinLiuDechang Ahstract Thispaperreportsthephysicoehemiealcharacteristicsandresultsofthermogravimetric experimentsofaricehuskfluidizedbed.Bycomparingthecombustioncharacteristicsof huskwiththoseofcoal,itissuggestedthatvolatilematerialsandcharburninseparate stagesduringhuskcombustion.Anewcombustionmodewithhuskfluidizedcombustionas themainpart'isproposed. Keywords:ricehuskfluldizedbed;thermogravimetricexperimentlcombustioncharacter. isties. LtnZhtjie,assoc.prof.,Dept.ofPowerEngin.,H.U.S.r.,Wuhan.430074.China.