CN111398084A

CN111398084A - 一种改进的生物质炉排炉固体未完全燃烧热损失测量方法

Info

Publication number: CN111398084A
Application number: CN202010204355.8A
Authority: CN
Inventors: 王永兵; 王学斌; 苗锐; 马道洋; 别尔兰·贾纳依汗; 巴特德力格; 马晓飞; 单志亮; 朱轶铭
Original assignee: XINJIANG UYGUR AUTONOMOUS REGION INSPECTION INSTITUTE OF SPECIAL EQUIPMENT
Current assignee: XINJIANG UYGUR AUTONOMOUS REGION INSPECTION INSTITUTE OF SPECIAL EQUIPMENT
Priority date: 2020-03-21
Filing date: 2020-03-21
Publication date: 2020-07-10

Abstract

本发明公开了一种改进的生物质炉排炉固体未完全燃烧热损失测量方法，包括：合理改进灰渣比，改变生物质锅炉中飞灰和炉渣测含碳量时的灰化温度。通过科学分析，使得改进的灰渣比与含碳量更接近于实际情况，也使得《燃煤工业锅炉运行能效测试方法》中规定的灰渣比及灰化温度更好的适应于测量生物质炉排锅炉，并且极大减少了易挥发性元素K、Cl等对测量含碳量时的误差。测量出的生物质炉排锅炉固体未完全燃烧热损失比改进前更接近于实际情况。

Description

一种改进的生物质炉排炉固体未完全燃烧热损失测量方法

技术领域

本发明属于生物质炉排锅炉燃烧过程中固体未完全燃烧热损失的测定领域，尤其是其中飞灰和炉渣的含碳量的测定。

背景技术

生物质炉排炉是燃用生物质锅炉的一种常用炉型，生物质在炉排燃烧之后，烟气经由多段炉膛后从烟道排出，燃烧后的渣样从炉排出口以及第二段炉膛底部收集，飞灰从除尘器出口进行收集。在此过程中，由于燃烧时间较短，生物质燃烧不充分，渣样以及飞灰中会有未燃尽碳，测量其中固体未完全热损失是评定锅炉燃烧效率的因素之一。但针对生物质锅炉固体未完全燃烧热损失的测量有诸多不合理之处。

对于在计算固体未完全燃烧热损失的过程中规定的灰渣比的问题。根据GB/T10180-2017，即《工业锅炉热工性能试验规程》所示炉排锅炉固体不完全燃烧热损失中，飞灰的占比为10％-20％，炉渣的占比为75％-85％，此种方法针对一般燃煤锅炉适用性较强，但是在生物质锅炉在长期运行中测量发现，飞灰的量通常高于30％，而炉渣量仅占不足70％，使得计算过程中失准严重。如附图1所示，多台生物质锅炉在长期运行过程中飞灰与炉渣占的相对比重均在3:7到4:6之间，与工业燃煤锅炉的情况完全不符，也与工业锅炉热工性能试验规程中规定的飞灰比例最多为20％差异巨大。

对于生物质锅炉飞灰与炉渣含碳量的测定，目前尚未有统一标准，一般采用的是适用于煤的国家标准DL/T567.6，即《火力发电厂燃料试验方法》中规定的飞灰和炉渣可燃物测定方法：称取一定的样品在马弗炉内815℃下缓慢氧化，根据质量的变化计算可燃物含量。然而，生物质和煤有很大的差异，具体表现为生物质含有较高的K、Cl等挥发分较强的元素。而生物质燃料K和Cl元素均在815℃之前大量释放，因此，如果在815℃下进行渣样和飞灰的含碳量的测量，会导致实际含碳量由于K、Cl等元素的释放而严重偏高。中国专利公布号第“CN108613896B”号公开了“燃煤发电锅炉飞灰含碳量检测方法”，其利用对飞灰进行灼烧然后检测二氧化碳含量。但是，该方法操作繁琐，检测仪器不常用，普遍性应用不佳。而且其灼烧温度在800℃以上，对生物质锅炉的飞灰含碳量测量并不适用。

如附图2所示，对某30MW炉排炉机组，飞灰中在550℃下测得的含碳量为6.4％，炉渣在550℃下测得的含碳量为8.2％。可是按《火力发电厂燃料试验方法》中规定的飞灰和炉渣可燃物测定方法下，815℃飞灰测得的含碳量为14.7％，炉渣测得的含碳量为8.5％。这也进一步验证了在实际锅炉取样的飞灰和炉渣中，随烟气排出锅炉的飞灰中含有大量的易挥发性元素如K、Cl等，它们在锅炉尾部温度下降后冷凝下来，成为飞灰的一部分。而炉渣长期处于锅炉炉膛的高温区域内，其中的易挥发性元素由于高温挥发，留下的物质除了残碳外便是较为稳定的无机矿物质。因此，在实际的测量中，如果按照《火力发电厂燃料试验方法》中规定的飞灰和炉渣可燃物测定方法下，815℃飞灰测得的含碳量为14.7％来计算锅炉固体未完全燃烧热损失，是不正确的，14.7％中不仅包含了残炭，也包含了大量易挥发的K、Cl等元素。

综上所述，为了更为准确的测定生物质炉排锅炉固体未完全燃烧热损失，亟需对常规燃煤锅炉测量固体为完全燃烧热损失的测量加以改进。

发明内容

本方法针对生物质炉炉排燃烧效率测量，尤其是其中渣样和飞灰含碳量测量不能合理的测量出真实含碳量的问题，提出一种改进的生物质炉排炉固体未完全燃烧热损失测量方法，通过合理改变灰渣比，即飞灰所占比例应在30-35％，以及在测量飞灰含碳量时，采用更合理的灰化温度，即一般取550℃为灰化温度测定其灰渣含碳量，使得测量生物质锅炉燃烧效率更贴近实际生物质情况。

为达到上述目的，本发明基于现有计算固体未完全燃烧热损失，得到了以下的改进方法：

基于由《燃煤工业锅炉运行能效测试方法》5.1固体未完全燃烧热损失q₄的表达式改进其中测量参数从而得到更为准确的生物质炉排炉固体未完全燃烧热损失的测定方法。由于锅炉实际运行中，漏煤一般会返回锅炉继续燃烧，所以漏煤未完全燃烧热损失可以忽略不计。q₄表达式为：

其中A_ar为收到基生物质灰分含量，Q_net，v，ar为收到基低位发热量(KJ/Kg)，α_fh为飞灰所占份额，C_fh为飞灰含碳量(％)，α_l2为炉渣所占份额，C_l2为炉渣含碳量(％)。

进一步的，使得飞灰与炉渣的比值按照生物质锅炉运行实际情况制定，舍弃在《燃煤工业锅炉运行能效测试方法》中规定的飞灰含量所占比例最高为20％，在计算生物质锅炉固体未完全燃烧热损失时，取α_fh为35％。

进一步的，在测量飞灰含碳量C_fh以及炉渣含碳量C_l2时，灰化温度不采用煤的国家标准DL/T567.6规定的815℃，而是选择更低的温度作为测量生物质锅炉中飞灰和炉渣的含碳量，取灰化温度为550℃。

进一步的，将炉渣样品的粒径磨至200um以下。然后将飞灰和炉渣样品都放入105℃的烘干箱中烘干2h。

进一步的，将一定质量的飞灰样品/炉渣样品放入室温下的马弗炉恒温区，关上炉门并留有15mm缝隙，在不少于50min的时间内将炉温升至(250±10)℃，并在此温度保持60min。继续在不少于60min的时间内升温至给定灰化温度，并在此温度下灼烧2h。冷却至室温，称量灼烧后的质量，通过计算灼烧后损失的质量与初始质量的比值，得到飞灰/炉渣含碳量。

进一步的，将其余生物质锅炉燃用的生物质A_ar和Q_net，v，ar带入计算，可得到更为准确的测定生物质炉排锅炉固体未完全燃烧热损失。

与现有测定方法相比，本发明具有以下有益效果：

这种改进之后的测量生物质炉排锅炉固体未完全燃烧热损失的方法，通过生物质燃料飞灰较多的实际情况，调整其飞灰占比范围，使得在计算过程中更符合生物质锅炉的需求。另外，在测量飞灰和炉渣含碳量的时候，由于温度选用在550℃，可以有效的避免飞灰和炉渣在测量含碳量的灼烧过程中K、Cl等易挥发元素挥发出去，从而被误认为碳元素，导致实际测的含碳量虚高。通过改进这两方面，可以使得计算生物质锅炉固体未完全燃烧热损失更为精准，更具有实际意义。

附图说明

图1是多种生物质在锅炉在长期运行过程中飞灰与炉渣占的相对比重的汇总图；

图2是550℃和815℃下测得的飞灰和煤渣的含碳量；

图3是改进前与改进后计算的q4对比图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

针对某30MW炉排炉机组，计算其运行以来的固体未完全燃烧热损失。首先，基于《燃煤工业锅炉运行能效测试方法》，结合实际运行中，漏煤一般会返回锅炉继续燃烧，所以漏煤未完全燃烧热损失可以忽略不计。

固体未完全燃烧热损失q₄的表达式为：

其中A_ar为收到基生物质灰分含量，Q_net，v，ar为收到基低位发热量(KJ/Kg)，α_fh为飞灰所占份额，C_fh为飞灰含碳量(％)，α_lz为炉渣所占份额，C_lz为炉渣含碳量(％)。

因此，测量关键为确定飞灰和炉渣之间含量的比例以及飞灰和炉渣的含碳量。

下一步，测量其飞灰和炉渣含碳量，操作如下：将炉渣样品的粒径磨至200um以下，然后将飞灰和炉渣样品放入105℃的烘干箱中烘干2h。将1g飞灰样品/炉渣样品放入室温下的马弗炉恒温区，关上炉门并留有15mm缝隙，在不少于50min的时间内将炉温升至(250±10)℃，并在此温度保持60min。继续在不少于60min的时间内升温至550℃，并在此温度下灼烧2h。冷却至室温，利用分析天平称量灼烧后的质量，通过计算灼烧后损失的质量与初始质量的比值，得到飞灰/炉渣含碳量。结果如附图2所示，飞灰含碳量为6.4，炉渣含碳量为8.5。

下一步，取飞灰份额为0.35，炉渣份额为0.65。已知该锅炉所用生物质收到基灰分为12％，收到基低位发热量为11500KJ/Kg。带入固体未完全燃烧热损失的计算公式得，q4＝2.89％

本发明的工作原理：

目前针对生物质锅炉尚没有测量运行能效及燃烧热损失的办法，包括锅炉固体未完全燃烧热损失。针对生物质锅炉固体未完全燃烧热损失的测量，目前有诸多不合理之处。

首先是计算固体未完全燃烧热损失的过程中，根据GB/T10180-2017，即《工业锅炉热工性能试验规程》所示炉排锅炉固体不完全燃烧热损失中，飞灰的占比为10％-20％，炉渣的占比为75％-85％，此种方法针对一般燃煤锅炉适用性较强，但是在生物质锅炉并不适用。

然后是其中飞灰与炉渣含碳量的测定，测量含碳量时灰化温度常选用815℃，然而，生物质和煤有很大的差异，具体表现为生物质含有较高的K、Cl等挥发分较强的元素。而生物质燃料K和Cl元素均在815℃之前大量释放，因此，如果在815℃下进行渣样和飞灰的含碳量的测量，会导致实际含碳量由于K、Cl等元素的释放而严重偏高。

如果按照未改进前计算，飞灰份额选为0.2，飞灰含碳量为14.7，炉渣份额为0.8，炉渣含碳量为8.2。计算得出的固体未完全燃烧热损失为：3.63％。改进后，其飞灰份额选为0.35，飞灰含碳量为6.4，炉渣份额为0.65，炉渣含碳量为8.5，计算得出的固体未完全燃烧热损失为：2.89％。如附图3所示，在改进后测得锅炉的固体未完全燃烧热损失比改进前的热损失少了约25％，对于生物质炉排锅炉燃烧效率来讲，这是极其严重的理论计算与实际值不符，而改进后，可以大大较少计算值与实际值之间的误差。

而本方法针对生物质炉炉排燃烧效率测量，尤其是其中渣样和飞灰含碳量测量不能合理的测量出真实含碳量的问题，提出一种测量生物质炉排锅炉测量固体未完全燃烧热损失的改进方法，通过合理制定灰渣比，即飞灰所占比例应在30-35％，以及在测量飞灰含碳量时，采用更合理的灰化温度，即一般取550℃为灰化温度测定其灰渣含碳量，使得测量生物质锅炉燃烧效率更贴近实际生物质情况。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的应用范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的应用范围之内。因此，本发明的应用范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种改进的生物质炉排炉固体未完全燃烧热损失测量方法，包括制定灰渣比的步骤，测量飞灰和炉渣含碳量的步骤，将参数带入固体未完全燃烧热损失公式计算的步骤。

2.根据权利要求1所述的制定灰渣比的步骤，其特征在于，飞灰量为灰渣量的25％-40％。炉渣量为灰渣量的60％-75％。

3.根据权利要求2所述的制定的飞灰量与炉渣量，其特征在于，树皮以及木质类的飞灰量为灰渣量的25％-35％；秸秆类的飞灰量为灰渣量的30％-40％。

4.根据权利要求1所述的测量飞灰和炉渣含碳量的步骤，其特征在于，灼烧时的灰化温度范围为500℃至600℃。

5.根据权利要求1所述的飞灰与炉渣含碳量的测量，其特征在于，还包括将生物质炉渣进一步粉碎到粒径<200um后再进行炉渣含碳测量。

6.根据权利要求1所述的飞灰与炉渣含碳量的测量，其特征在于，还包括：利用马弗炉灼烧时，室温时将样品放入，在不少于50min的时间内将炉温升至(250±10)℃，并在此温度保持60min。继续在不少于60min的时间内升温至给定灰化温度，并在此温度下灼烧2h。