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摘要：在固废再利用领域，焚烧发电是一种常见的再利用方式，但固废焚烧的积灰会对锅炉产生危害。因此为了探讨积灰对锅炉的影响，研究搭建了固废焚烧锅炉腐蚀模拟系统，并分析了灰渣和腐蚀产物的成分。实验结果显示，木片和菌类的氯元素质量分数分别为0.58%和0.35%，均高于0.3%；且木片和模板的酸碱比分别为2.25和1.96，均大于1.75。可见，生物质燃料的飞灰具有腐蚀作用和结渣倾向。锅炉积灰的包括氯化钾、氯化钠、硫酸钙和钾芒硝等，且其中硫元素含量大于生物质燃料。锅炉腐蚀产物主要由氧化铁、四氧化三铁、硫酸钾和铁构成，且由于锅炉中的高温环境，导致燃烧产生的二氧化硫发生氧化反应，生成了碱金属硫酸盐。上述结果表明，研究提出的方法能准确模拟固废焚烧的情况及积灰对锅炉的影响，为锅炉腐蚀及烟道堵塞防治措施的制定提供了有力参考。
关键词：固废焚烧；生物质燃料；锅炉积灰；锅炉腐蚀
0引言
城市化的推进及城市居民收入的增长，加速了固体废物的产生速度。据联合国2018年的数据，全球每年产生112亿t的固体废物，占温室气体排放量的5%。因此，固体废物的回收利用是必要的节能减排手段。在固体废物中，生物质能作为仅次于化石燃料的能源，具有低碳环保、二氧化碳排放量低的优点[1-2]。生物质能的能量转换技术分为两类，即热化学技术和生物化学技术。其中焚烧发电作为一种被广泛应用的固废再利用方法，技术成熟度高、可靠性好，能有效缓解当前的能源危机。但在生物质燃料的焚烧过程中，各类碱金属及氯化物不可避免地会对锅炉产生腐蚀，且焚烧产生的灰渣可能堵塞锅炉[3-4]。因此，为了探究固废燃烧产生的积灰对锅炉的影响，研究通过搭建固废焚烧锅炉腐蚀模拟系统进行了实现，并分析了灰渣积腐蚀产物的成分。此外，研究还针对积灰的危害，提出了合理的防治措施，以提高锅炉运行的安全性和稳定性。
1实验方法及设备
1.1实验材料及设备
实验材料：农业废弃物电厂飞灰、盐酸、氧气、氮气，蒸馏水、腐蚀挂片（材质为20G，尺寸为40 mm×13 mm×2 mm）和无水乙醇。实验所需设备见表1。由表1可知，实验所需设备包括高压离子色谱仪、可编程式管式炉、场发射扫描电镜、X射线衍射仪和电子能谱仪等。
1.2实验方法
固废焚烧锅炉腐蚀模拟系统搭建方法：模拟系统中的三个高压气瓶中分别装有盐酸及氮气混合物、氧气和氮气，三者均与混合装置相连，气体流量通过流量计控制。混合装置分别与石英管和吸收瓶相连[5]。石英管中放有石英舟，在混合装置一侧与取样装置和水蒸气发生器相连，另一侧则与吸收瓶相连。
腐蚀试验方法：将腐蚀挂片用1号砂纸打磨后，用蒸馏水对其进行清洗和冲洗，冲洗时间为15s。随后用无水乙醇对挂片进行擦拭，并置于滤纸上风干。风干后，将腐蚀挂片置于干燥箱中，干燥24 h。按照氧气6%、水蒸气8%、盐酸浓度（溶质质量分数）为0.05%，其余均为氮气的比例将气体进行混合，以模拟固废焚烧后的气体[6]。将4块腐蚀挂片放置于恒温区中，间隔8 h取出挂片，待冷却后进行称重，并计算腐蚀速率。增重率计算公式见式（1）：
式中：Δm为增重率，mg/cm2；Δw为增重量，mg；s为腐蚀挂件表面积，cm2。
2固废焚烧飞灰腐蚀分析及防治措施
2.1固废焚烧飞灰腐蚀分析
为了探究对农业废物燃烧后的飞灰进行了分析。常见农业废灰渣的氯元素含量及酸碱度如图1所示。
由图1可知，木片、模板、刨花、竹子及菌类燃烧灰渣的氯元素质量分数均在0.2%以上。其中木片和菌类的氯元素质量分数均超过0.3%，分别达到了0.58%和0.35%，其发生氯腐蚀的倾向严重。而所有生物质燃料灰渣的酸碱比均在2.50以下。其中木片和模板的酸碱比均大于1.75，其酸碱比分别为2.25和1.96，可见其存在严重的结渣倾向。上述结果表明，在燃烧生物质燃料时，锅炉存在严重的积灰和腐蚀倾向。锅炉积灰的XRD及EDS图谱如图2所示。
由图2-1可知，锅炉积灰的主要成分包括氯化钾（KCl）、氯化钠（NaCl）、硫酸钙（CaSO4）和钾芒硝（K3Na（SO4）2）等。由图2-2可知，在生物质燃料的积灰中，含量较高的元素有硫、钾、氯和钙，这与生物质燃料的成分基本一致。但积灰中的硫元素含量高于生物质燃料的含量，这是因为随着飞灰的不断累积，碱金属盐酸盐会发生硫酸盐化，进而使得硫元素不断累积。锅炉过热器表面腐蚀产物的XRD及EDS图谱如图3所示。
由图3-1可知，锅炉腐蚀产物的主要成分包括氧化铁（Fe2O3）、四氧化三铁（Fe3O4）、硫酸钾（K2SO4）和铁。由图3-2可知，腐蚀产物的主要含有大量的铁元素和氧元素，此外还存在少量的钾元素和硫元素。可见，过热器表面存在大量Fe2O3和Fe3O4和少量的K2SO4，这表明过热器表面发生了严重的腐蚀现象，并存在积灰硫酸盐化的现象。积灰硫酸盐化是因为燃烧生成的二氧化硫（SO2）在高温环境下会发生氧化反应，进而导致碱金属盐酸盐硫酸盐化。上述结果表明，积灰会导致锅炉腐蚀。
2.2锅炉积灰防治措施
在生物质固废焚烧时产生的积灰不仅会对锅炉产生腐蚀，还会增大锅炉的热阻，降低锅炉的热传导能力。此外，当积灰较厚时，锅炉内部循环的流速会显著下降，进而导致爆管现象的发生。并且积灰还会堵塞烟道，导致风道开裂[7-8]。因此，为了保证锅炉的安全性和正常运行，有必要施加合适的控制措施，以降低积灰对锅炉的影响。就燃料方面而言，由于模板、木片和菌类具有明显的腐蚀和结渣倾向，因此有必要减少该种燃料的使用。此外，还可以对固废进行粉碎处理，以保证燃料充分燃烧，提高燃料的利用率。在灰渣处理方面，由于飞灰的熔点较低，因此可以通过底部溜槽进行排灰，以降低飞灰的含量。并且还可以在锅炉的辐射冷却室内进行辐射换热，降低飞灰的积灰倾向和烟道堵塞风险[9-10]。就锅炉本身而言，增大受热面间距可以有效避免积灰搭桥，降低停炉风险；还可以通过对空气进行预热，降低黏性积灰的形成概率。此外，合理的吹灰器布置可以有效降低飞灰的沉积概率，保证受热面的清洁度。最后，锅炉省煤器可以采用蛇形管膜式结构，该种结构可以保证省煤器的密封度，降低积灰概率。
3结论
为了探究固体废物焚烧产生的积灰对锅炉的影响，研究搭建了固废焚烧锅炉腐蚀模拟系统，并对常见生物质燃料的灰渣性质和锅炉腐蚀产物的成分进行了分析，并针对锅炉积灰的危害，提出了相应的防治措施。实验结果显示，木片和菌类的氯元素质量分数分别为0.58%和0.35%，且木片和模板的酸碱比分别为2.25和1.96，均大于1.75。这说明木片、菌类和模板均存在严重的腐蚀倾向和结渣倾向。锅炉积灰的主要成分包括KCl、NaCl、CaSO4、K3Na（SO4）2等，且积灰中Cl元素含量较高，S元素含量大于生物质燃料。锅炉腐蚀产物主要由Fe2O3、Fe3O4、K2SO4和铁构成，这表明锅炉发生了腐蚀现象，且由于高温环境导致SO2发生氧化反应，促使碱金属盐酸盐硫酸盐化。上述结果表明，由于生物质燃料中含有较多的Cl元素，导致其燃烧产生的灰渣对锅炉具有腐蚀作用。
参考文献
[1]李鹏程，张成，赵彦，等.有机固废燃烧/气化过程As，Pb释放特性及热力学研究[J].燃料化学学报，2022，50（8）：1084-1092.
[2]何海军，蒙西，汤健，等.城市固废焚烧过程炉膛温度建模与控制研究[J].控制工程，2023，30（10）：1852-1862.
[3]汤健，庄家宾，乔俊飞.城市固废炉内焚烧过程数值仿真及分析[J].控制工程，2022，29（11）：1921-1927.
[4]赵昂然，任强强，佟会玲.垃圾焚烧飞灰添加工业固废的玻璃化研究[J].中国环境科学，2023，43（2）：686-693.
[5]杨东伟.500t/d垃圾焚烧循环流化床锅炉协同处置工业固废的研究[J].环境污染与防治，2022，44（7）：890-894.
[6]余春松，张玲玲，郑大伟，等.固废基地质聚合物的研究及其应用进展[J].中国科学：技术科学，2022，52（4）：529-546.
[7]王肇嘉，秦玉，顾军，等.生活垃圾焚烧飞灰二噁英控制技术研究进展[J].环境工程，2021，39（10）：116-123.
[8]李唯实，李丽，文卓钰，等.低温热处理生活垃圾焚烧飞灰中二噁英的降解机理[J].环境科学研究，2023，36（6）：1227-1235.
[9]黄飞，马亿珠，勾密峰.固化垃圾焚烧飞灰的矿渣用作矿物掺合料及其安全性分析[J].材料导报，2022，36（1）：304-308.
[10]唐晓丽，张海，郝震宇，等.石化危险废物焚烧灰渣的高温熔融处理[J].化工环保，2023，43（3）：346-352.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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废固焚烧系统表面积灰的影响与防治技术研究论文
人参与 2024-11-06 11:24:34 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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