生物質(zhì)能作為一種可儲存和可運輸?shù)目稍偕茉矗哂袑Νh(huán)境污染小的優(yōu)點，其開發(fā)和利用已經(jīng)引起了世界各國的關(guān)注。在生物質(zhì)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(guān)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(jīng)濟和社會意義。稻殼的燃燒具有其獨有的特點，現(xiàn)今絕大多數(shù)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(shù)是將生物質(zhì)作為清潔能源加以開發(fā)利用的有效途徑之一，能很好地適應(yīng)稻殼的揮發(fā)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(nèi)徑為Ø0.3 m的流化床裝置上，分別進行了循環(huán)流化床(CFB)和鼓泡床流化床(BFB)不同工況下的冷態(tài)流態(tài)化和熱態(tài)燃燒試驗。通過實驗結(jié)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(tǒng)圖如圖1所示。實驗系統(tǒng)主要由實驗臺本體和輔助系統(tǒng)組成。實驗臺本體包括爐體(高6m，內(nèi)徑妒0.3 m)、旋風分離器、立管和返料器，其中冷態(tài)實驗裝置由透明的有機玻璃制成，熱態(tài)裝置材料力耐熱不銹鋼，外面包覆保溫材料。輔助系統(tǒng)包括送風系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、壓力和溫度測量系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。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(nèi)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(jiān)測煙氣中S02、NOx成分，并將數(shù)據(jù)記錄在計算機上。生物質(zhì)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?zhí)挤治觥?br />
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(shù)，表2則為稻殼的元素分析及工業(yè)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(tài)實驗條件下，進行了流化床揚析高度和壓力分布實驗。熱態(tài)條件下為研究稻殼的燃燒特性，對稻殼進行了循環(huán)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(nèi)，通入一次風，隨后利用燃燒器燃油點火，當密相區(qū)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(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定燃燒，流化床中部溫度）控制在850℃左右，每組實驗持續(xù)1小時左右。
2、實驗結(jié)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(nèi)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(nèi)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(tài)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(huán)流化床時為了確保床料和生物質(zhì)灰的循環(huán)，其流化風速應(yīng)控制在2.8 m/s以上。圖4是冷態(tài)條件下，鼓泡流化床和循環(huán)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(qū)，床料主要在密相區(qū)內(nèi)上下翻滾。而循環(huán)流化床內(nèi)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(huán)流化床內(nèi)床料分布相對均勻，底部密相區(qū)不是很明顯。
2.2溫度分布
無論是循環(huán)流化床燃燒工況還是鼓泡床燃燒工況，都可以實現(xiàn)稻殼的穩(wěn)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(fā)分，在爐膛底部經(jīng)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(nèi)煅燒2小時，根據(jù)燒失的重量，計算飛灰中的殘?zhí)己浚玫窖h(huán)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(huán)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(huán)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(xù)參加燃燒反應(yīng)，因而能提高稻殼燃盡性，效率會相應(yīng)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(huán)流化床優(yōu)勢并不明顯，通過循環(huán)流化床裝置的增大，循環(huán)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(jiān)測，在穩(wěn)定工況下結(jié)果如圖6所示，可以看出，循環(huán)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(xiàn)達標排放。
3、結(jié)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(huán)流化床兩種情況下的冷態(tài)模擬啟動和熱態(tài)燃燒實驗，得出以下結(jié)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(xiàn)循環(huán)。鼓泡流化床壓力分布主要集中在底部的密相區(qū)，循環(huán)流化床壓力分布更趨均勻。
(2)鼓泡流化床和循環(huán)流化床都能實現(xiàn)稻殼的穩(wěn)定燃燒，沿爐膛的溫度分布情況較為類似。
(3)循環(huán)流化床燃燒效率達到93.36%，鼓泡流化床達到93.01%，循環(huán)流化床稍高是由于床料和飛灰的再循環(huán)，提高了稻殼的燃盡性。
(4)循環(huán)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。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)顆粒燃料的顆粒機、秸稈壓塊機、木屑顆粒機，同時也銷售生物質(zhì)鍋爐。
