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    【行業(yè)分析】煤和生物質(zhì)顆粒質(zhì)量分析

    發(fā)布時(shí)間:2022-06-13 16:32人氣:

    通過(guò)對福州六區七縣在用工業(yè)鍋爐用煤和生物質(zhì)顆粒燃料進(jìn)行檢測,分析煤和生物質(zhì)顆粒中的水分、灰分、揮發(fā)分、熱值、硫和碳氫氮元素分析等指標,評價(jià)煤和生物質(zhì)顆粒質(zhì)量水平及兩者的優(yōu)缺點(diǎn)。


    引  言


      自《福建省燃煤鍋爐節能環(huán)保提升工程實(shí)施方案》發(fā)布以來(lái),福州市逐步對10蒸噸/小時(shí)(含)以下的高污染燃煤小鍋爐進(jìn)行淘汰或改造。生物質(zhì)燃料以其可再生性及CO2的近零排放特性開(kāi)始受到廣泛的關(guān)注,用于鍋爐燃燒也具有較大的發(fā)展前景。在此背景下,福建省政府大力推廣生物質(zhì)成型燃料在工業(yè)鍋爐中的應用,將燃煤層燃工業(yè)鍋爐改造成燃生物質(zhì)工業(yè)鍋爐。為全面了解和掌握福州地區在用鍋爐使用煤、生物質(zhì)顆粒燃料的質(zhì)量情況,本文通過(guò)對2018年地區內在用煤和生物質(zhì)顆粒的水分、灰分、揮發(fā)分、熱值、硫和碳氫氮氧元素等指標進(jìn)行檢測,評價(jià)煤和生物質(zhì)顆粒質(zhì)量水平及優(yōu)缺點(diǎn)。


    1. 準備工作


      1.1樣品的采集和制備

      煤和生物質(zhì)分別隨機采取300個(gè)樣品。煤的采樣用煤堆法進(jìn)行,即分別在不同堆形均勻布置在頂、腰、底的部位上采取6個(gè)子樣,每個(gè)子樣約500g,總計3kg。生物質(zhì)顆粒的采樣,以一個(gè)樣品為一個(gè)采樣單元,每個(gè)采樣單元分別采取6個(gè)子樣,每個(gè)子樣約500g,總計3kg[2]。用于全水分化驗用樣品在實(shí)驗室樣品混合充分后用EPS100×60密封式顎式破碎縮分機對其進(jìn)行縮分至500g。工業(yè)分析、熱值及元素分析用樣品,經(jīng)過(guò)烘干達到空氣干燥基后,破碎至粒度≤0.5mm,過(guò)篩、縮分至約100g。

      1.2檢測儀器

      BS124S電子分析天平、5E-MF6000智能馬弗爐、HY98-2全密封制樣破碎機、EPS100×60密封式顎式破碎縮分機、5E-MACIV紅外快速煤質(zhì)分析儀、5E-KC系列快速量熱儀、5E-S31100A測硫儀、5E-CHN2000元素分析儀。


    2. 檢測與分析


      檢測項目為:全水分、工業(yè)分析(空干基水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳)的測定、收到基低位發(fā)熱量、全硫和碳氫氮。每項檢測對同一樣品進(jìn)行2次重復測定,若測定結果超過(guò)測定方法中精密度規定,即重復性限的要求,則需要進(jìn)行第三次、第四次測定直至結果符合要求為止。

      2.1全水分

      煤、生物質(zhì)顆粒的全水分為外在水分和內在水分的總和。參照標準GB/T 211-2007煤中全水分的測定方法和GB/T 28733-2012固體生物質(zhì)燃料全水分測定方法進(jìn)行測定,結果見(jiàn)表1。

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      由表1可知,煤的全水分總體上高于生物質(zhì)顆粒。鍋爐燃燒時(shí)燃料中較多的水分會(huì )降低燃燒溫度,不利于燃料的燃燒,甚至使著(zhù)火發(fā)生困難;水分吸熱變成水蒸氣并隨煙氣排入大氣,使鍋爐效率降低;水蒸氣增加煙氣的體積,使引風(fēng)機的電耗增加。

      2.2工業(yè)分析

      參照標準GB/T 212-2008煤的工業(yè)分析方法和GB/T 28731-2012固體生物質(zhì)燃料工業(yè)分析方法進(jìn)行測定,結果見(jiàn)表2。

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      (1)內水為在規定條件下一般分析試樣本身所具有的水分,又稱(chēng)為空氣干燥基水分。分析試樣在達到空氣干燥后進(jìn)行內水檢測,由表2可知,生物質(zhì)顆粒內水總體而言略低于煤,全水分和內水之間無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系。

      (2)灰分為燃料中的無(wú)機物,燃料灰分越高,可燃成分相對減少,熱值和燃燒溫度相對降低。燃燒時(shí),燃料表面上的可燃物質(zhì)燃盡后形成的灰分外殼,隔絕了氧化介質(zhì)(空氣)與可燃物質(zhì)的接觸,使燃料難于燃燒完全,造成爐溫下降。固體狀態(tài)的灰粒沉積在受熱面上造成積灰,熔融狀態(tài)的灰粒吸附在受熱面上造成結渣,影響受熱面的傳熱,給設備的操作和維護帶來(lái)困難?;曳指叩娜剂先紵?,會(huì )排出大量的煙塵和SO2污染環(huán)境。此外,較高的灰分還增加了燃料采集、運輸和粉碎的成本。由表2可知,生物質(zhì)顆粒的灰分比煤小,并且生物質(zhì)的灰分可用作農田肥料。

      (3)揮發(fā)分指燃料中的有機質(zhì)受熱分解后產(chǎn)生的可燃性氣體,它是由各種碳氫化合物、H2S、CO等化合物組成的混合氣體。揮發(fā)分過(guò)低,則鍋爐不易著(zhù)火,難以保證鍋爐的穩定燃燒。由表2可知,生物質(zhì)顆粒的揮發(fā)分明顯高于煤,所以生物質(zhì)燃料易引燃,可以與煤混合燃燒,提高燃燒效率。

      (4)固定碳指燃料中的可燃性固體物,是燃燒產(chǎn)生熱量的主要成分。燃料的固定碳含量會(huì )影響燃料發(fā)熱值,由表2可知,固定碳數值高的試樣其收到基低位發(fā)熱量數值也相應高。生物質(zhì)顆粒的固定碳含量明顯比煤低得多,其收到基低位發(fā)熱量也比煤低。

      2.3全硫

      全硫是指固態(tài)燃料中有機硫和無(wú)機硫的總和。參照標準GB/T 214-2007煤中全硫的測定方法和GB/T 28732-2012固體生物質(zhì)燃料全硫測定方法中庫倫滴定法進(jìn)行測定,結果見(jiàn)表2。燃料中的硫會(huì )腐蝕受熱面、風(fēng)機和污染空氣。由表2可知,生物質(zhì)顆粒的全硫含量比煤明顯低得多,最大值僅為0.14%,因此燃生物質(zhì)鍋爐不必設置脫硫裝置,既降低了成本,又利于環(huán)境的維護。生物質(zhì)顆粒全硫的標準偏差很小,僅為0.03%,說(shuō)明生物質(zhì)顆粒原料來(lái)源含硫量組成穩定,燃料顆粒加工過(guò)程中也不易帶入含硫物質(zhì)。

      2.4發(fā)熱量

      參照標準GB/T 213-2008煤的發(fā)熱量測定方法和GB/T 30727-2014固體生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測定方法中氧彈法進(jìn)行測定,結果見(jiàn)表2。高位發(fā)熱量是指1kg燃料完全燃燒時(shí)放出的全部熱量,高位發(fā)熱量扣除煙氣中水蒸氣的汽化潛熱即為燃料的低位發(fā)熱量。因為低位發(fā)熱量最接近工業(yè)鍋爐燃燒時(shí)的實(shí)際發(fā)熱量,常用于鍋爐熱力計算。由表2可知,煤和生物質(zhì)顆粒的熱值較為穩定,生物質(zhì)顆粒的收到基低位發(fā)熱量普遍比煤低。

      2.5碳氫氮氧

      參照標準GB/T 476-2008煤中碳和氫的測定方法、GB/T 19227-2008煤中氮的測定方法、GB/T 28734-2012固體生物質(zhì)燃料中碳氫測定方法和GB/T 30728-2014固體生物質(zhì)燃料中氮的測定方法進(jìn)行測定,結果見(jiàn)表3。

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      燃料中碳、氫、氮含量的測定對于了解燃料的性質(zhì)、優(yōu)化鍋爐燃燒和減少環(huán)境污染有著(zhù)十分重要的意義。由表3可知,福州市在用煤的含碳量為43.74%~60.11%,含氫量為2.36%~3.71%,生物質(zhì)燃料含碳量為43.75%~48.49%,含碳量普遍在4.84%~5.99%,碳氫之和占燃料的50%以上。生物質(zhì)燃料含碳量總體上比煤低,其中含碳量最高的也僅49%左右,相比煤的熱值較低,這與測得的低位發(fā)熱量相符。但生物質(zhì)釋放出的CO2很低,相比煤可以認為是CO2零排放,可減少溫室氣體效應。生物質(zhì)的含氫量與煤相比偏高,生物質(zhì)中大多數碳和氫結合成低分子的碳氫化合物,達到一定溫度后熱分解而析出揮發(fā)分,使揮發(fā)分明顯偏高,所以生物質(zhì)燃料易點(diǎn)燃。生物質(zhì)顆粒含氧量明顯高于煤炭,也是造成生物質(zhì)燃料熱值偏低的原因之一。


    3. 結  論


      (1)根據檢測數據分析,按照GB/T 5751-2009中國煤炭分類(lèi)方法,福州地區在用煤種主要是煙煤。300個(gè)生物質(zhì)燃料樣品經(jīng)檢測均符合NY/T 1878-2010生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)條件的要求。

      (2)分析比較煤炭和生物質(zhì)燃料的檢測數據,生物質(zhì)顆粒易于燃盡,燃燒后灰燼中殘留的碳量比煤少。生物質(zhì)灰燼是品位極高的優(yōu)質(zhì)有機鉀肥,可以制造化肥,實(shí)現廢物減量化、無(wú)害化、資源化利用,礦物燃料煤則難以做到。生物質(zhì)顆粒揮發(fā)分含量高,易點(diǎn)燃。生物質(zhì)顆粒含硫量極低,對環(huán)境的污染程度較低,同時(shí),低含硫量不會(huì )對鍋爐造成腐蝕,可延長(cháng)鍋爐的使用壽命。

      (3)生物質(zhì)燃料的熱值低于煤,這是由于生物質(zhì)雖有較高揮發(fā)分但固定碳含量少,因此用作鍋爐燃料時(shí),可以考慮生物質(zhì)與煤摻混燃燒,既保證燃料具有足夠的熱值又可以提高燃燒穩定性。

      (4)此外,生物質(zhì)顆粒燃燒所釋放的二氧化碳接近零排放,有助于緩解溫室效應。生物質(zhì)顆粒燃料清潔衛生,投料方便,減少工人的勞動(dòng)強度,改善了勞動(dòng)環(huán)境,企業(yè)可減少勞動(dòng)力成本。


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