燃料特性對鍋爐的影響主要體現在:著火的難易、燃燒的穩定性、結渣和黏結、成灰的特性及爐內灰的質量濃度分布、燃燒效率、污染物排放、受熱面布置、破碎系統的選取、輔機的選用。
生物質生物質燃燒過程:首先是燃料顆粒得到高溫床料的加熱并干燥;然后是燃料熱解及揮發分燃燒;接著是某些顆粒會發生膨脹和破碎;后是焦炭燃燒并伴隨磨損現象。
生物質顆粒燃料特別易燃,揮發分燃燒在短時間內完成(約3s)。半焦燃燒主要階段在燃料入爐后8~10s,半焦的基本燃盡需要45~50s,因此生物質在爐膛的燃燒過程和煤的燃燒過程在發生時間、燃燒歷程等方面有著顯著的區別。
1.灰分質量分數的影響
生物質需要大量的床料顆粒在循環回路中循環,使得熱量分布更加均勻,傳熱更快,燃燒更充分。
①對燃燒的影響
灰分質量分數的增加使鍋爐物料循環量增加,使爐膛燃燒溫度下降,特別對采用中溫分離的生物質鍋爐尤為明顯。采用中溫分離的生物質生物質鍋爐,一般情況下返料溫度在620℃左右,而當含灰量大大增加時,會使返料溫度低于550℃,從而使爐膛溫度迅速降低,有時甚至造成爐膛滅火事故。
②對負荷的影響
煙氣中灰分質量濃度對生物質鍋爐爐膛的傳熱系數影響很大,當灰分質量濃度增加時,水冷壁的對流和輻射傳熱系數都將增加,因此灰分質量濃度作為調節負荷與床溫的手段被廣泛采用。
③對料層的影響
在生物質鍋爐運行中維持床高的相對穩定十分重要。床層過高、過低都會影響流化質量,引起結焦。
④對尾部受熱面布置的影響
燃料灰分質量分數影響煙氣中飛灰質量濃度,從而影響尾部受熱面的積灰和磨損。由于生物質顆粒燃料外帶灰量的影響,使尾部省煤器積灰嚴重,因此省煤器結構由原來的錯列布置改為順列布置。
為了盡量減少燃料中灰分質量分數變化產生的不利影響,當燃料含灰多時,一般采取放底渣的方式。當生物質顆粒燃料含灰少時,靠自身的灰量無法滿足床料循環的要求,則在運行中一般需要添加床料。所加床料成為循環物料的主體,且應不易被磨損,如采用石英砂、河砂等。
2、灰成分的影響
秸稈灰750℃開始熔融,1000℃后熔融質量分數超過30%,1200℃徹底處于融化狀態。灰的成分不同,則灰的熔點和燒結溫度也不同,對流化床運行的結團、結渣和高溫腐蝕的影響也不同,碳酸化、硫鹽化產物易引起黏結,灰的硬度也不同。
秸稈具有很高的堿金屬含量,燃盡后草灰中的鉀與床料中的相互作用生成低熔點的化合物,因而容易在高溫爐膛內結焦。在流態化燃燒過程中主要表現在床層聚團和水冷壁及爐膛內受熱面結焦等方面。床層聚團發生的主要原因是局部熔融的生物質半焦或者灰顆粒黏附在床料顆粒之后降低了流化質量,導致局部流化不充分引起局部高溫,高溫又加劇了灰顆粒的熔融,從而強化了床料顆粒之間的黏結,使流化進一步惡化,終使流化失敗。因此,作為燃用生物質的生物質鍋爐,要解決燃料在鍋爐中燃燒容易引起結團、結焦的問題。
對流受熱面易形成高溫黏結灰,積灰則是由生物質中易揮發物質(主要是堿金屬鹽)在高溫下揮發進入氣相后,與煙氣、飛灰一起流過煙道和受熱面(主要是過熱器和再熱器)等設備時,會通過一系列的氣固相之間的復雜的物理和化學過程,以不同的形態在對流受熱面上發生凝結、黏附或者沉降。積灰容易產生高溫堿金屬腐蝕、鍋爐尾部低溫氯腐蝕和飛灰搭橋等問題,在鍋爐設計和運行中須引起注意。