生物質能作為一種可儲存和可運輸的可再生能源，具有對環境污染小的優點，其開發和利用已經引起了世界各國的關注。在生物質能分布中，稻殼具有儲量豐富、輸送簡單、易于預處理、分布相對集中、便于利用，倍受人們關注。把稻殼作為鍋爐燃料，開展稻殼的燃燒和綜合利用，變廢為寶，具有重要的經濟和社會意義。稻殼的燃燒具有其獨有的特點，現今絕大多數的稻殼爐都存在著燃燒效率低、能源浪費嚴重的問題。燃用稻殼的流化床技術是將生物質作為清潔能源加以開發利用的有效途徑之一，能很好地適應稻殼的揮發分析出速度快、固定碳難以燃盡的特點，克服了燃燒效率低、能源浪費嚴重等弊端。本文在高為6 m，內徑為Ø0.3 m的流化床裝置上，分別進行了循環流化床(CFB)和鼓泡床流化床(BFB)不同工況下的冷態流態化和熱態燃燒試驗。通過實驗結果對比，重點考察了兩種情況下的原料分布情況以及燃燒特性。
1 、實驗部分
1.1試驗裝置
流化床試驗臺系統圖如圖1所示。實驗系統主要由實驗臺本體和輔助系統組成。實驗臺本體包括爐體(高6m，內徑妒0.3 m)、旋風分離器、立管和返料器，其中冷態實驗裝置由透明的有機玻璃制成，熱態裝置材料力耐熱不銹鋼，外面包覆保溫材料。輔助系統包括送風系統、加料系統、壓力和溫度測量系統及數據采集系統。鼓風機通過分氣包分成三路，一路作為一次風由爐膛底部布風板進入爐膛，一路作為返料風送入返料器，另有一路備用；稻殼料由螺旋加料器從加料口加入爐膛；在沿爐膛高度260 mm、820 mm、1520 mm、2520 mm、3920 mm、6000 mm以及風室、旋風分離器、返料器內布置溫度測點，同時布置4個壓力測點，溫度、壓力值被實時顯示并記錄的計算機中。紅外線煙氣分析儀實時監測煙氣中S02、NOx成分，并將數據記錄在計算機上。生物質中的灰分完全以飛灰形式離開爐體，絕大部分飛灰被二級旋風分離器收集后進入灰斗，實驗后灰斗收集的灰分進行殘碳分析。
1.2試驗原料
稻殼是一種表面粗糙、有細小毛刺的梭形狀空心原料，長度一般為10 mm左右，最大直徑處有2～3 mm。表1為實驗所用石英砂和稻殼的物性參數，表2則為稻殼的元素分析及工業分析。所用床料石英砂，粒徑在0～0.6 mm，粒徑分布見圖2。
1.2試驗過程
冷態實驗條件下，進行了流化床揚析高度和壓力分布實驗。熱態條件下為研究稻殼的燃燒特性，對稻殼進行了循環流化床燃燒和鼓泡床燃燒兩組實驗。先將40 kg床料加入床內，通入一次風，隨后利用燃燒器燃油點火，當密相區溫度達到500℃時，開始加入稻殼，通過逐步增加一次風最和稻殼量，實現系統穩定燃燒，流化床中部溫度）控制在850℃左右，每組實驗持續1小時左右。
2、實驗結果
2.1揚析高度及主床壓力分布
圖3是0～0.6 mm石英砂在流化床內揚析高度隨流化風速的變化曲線．由圖3可以看出，風速在0.25～2 m/s時，流化床內揚析高度隨流化風速增大瓶增大。流化風速在2～2.8 m/s的時候，揚析高度基本維持在1.8米左右不變。當流化風速超過2.8m/s的時候，床料就會大量的被流化風帶出主床．熱態實驗時，鼓泡流化床為了保證床料不被帶出，其流化風速要嚴格控制在2.8 m/s以下；而循環流化床時為了確保床料和生物質灰的循環，其流化風速應控制在2.8 m/s以上。圖4是冷態條件下，鼓泡流化床和循環流化床的主床壓力分布對比惰況．由主床壓力分布可以看出，鼓泡流化床中壓力主要集中在主床底部，這說明存在明顯的密相區，床料主要在密相區內上下翻滾。而循環流化床內主床壓力分布相對均勻，底部壓降稍大于中部和頂部壓降，這說明循環流化床內床料分布相對均勻，底部密相區不是很明顯。
2.2溫度分布
無論是循環流化床燃燒工況還是鼓泡床燃燒工況，都可以實現稻殼的穩定燃燒，并且沿爐膛的溫度分布情況較為類似，都是爐膛中部溫度較高，底部和項部溫度較低．其原因主要在于稻殼中含有大量的揮發分，在爐膛底部經過干燥熱解后集中在爐膛中部燃燒，這與煤等燃料的溫度分布特性有較大不同。
2.3燃燒效率
將兩個工況取得的飛灰，放入馬弗爐內煅燒2小時，根據燒失的重量，計算飛灰中的殘碳含量，得到循環流化床燃燒工況飛灰的含碳量為6.64%，鼓泡床燃燒工況飛灰含碳量為6.91%。通過計算可以得出循環流化床稻殼的燃燒熱效率為93.36%，鼓泡床稻殼的燃燒效率為93.0%。對于循環流化床來說，通過旋風分離器分離下來的飛灰通過返料器再一次返回主床，繼續參加燃燒反應，因而能提高稻殼燃盡性，效率會相應提高。在本實驗中，兩種情況下燃燒效率都比較高，相差很小，可見對于小型裝置來說循環流化床優勢并不明顯，通過循環流化床裝置的增大，循環流化床的燃燒效率可以期望得到迸一步提高。
2.4煙氣排放特性
水冷器后的紅外線在線煙氣分析儀對煙氣排放進行了實時監測，在穩定工況下結果如圖6所示，可以看出，循環流化床和鼓泡床燃燒排放煙氣中煙塵、S02、N2的含量比較接近，參照鍋爐大氣污染物排放標準(GB 13271-2001)，兩種燃燒工況排放的煙氣都可以實現達標排放。
3、結論
本文通過稻殼在0.15 MW流化床裝置上進行鼓泡流化床和循環流化床兩種情況下的冷態模擬啟動和熱態燃燒實驗，得出以下結論。
(1)選用0～0.6 mm石英砂為床料時，流化風速達到2.8m/s時可實現循環。鼓泡流化床壓力分布主要集中在底部的密相區，循環流化床壓力分布更趨均勻。
(2)鼓泡流化床和循環流化床都能實現稻殼的穩定燃燒，沿爐膛的溫度分布情況較為類似。
(3)循環流化床燃燒效率達到93.36%，鼓泡流化床達到93.01%，循環流化床稍高是由于床料和飛灰的再循環，提高了稻殼的燃盡性。
(4)循環流化床和鼓泡床燃燒排放煙氣中煙塵、S02、N2的含量比較接近，都可滿足國家排放標準。
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