煤與生物質(zhì)耦合燃燒的協(xié)同效應(yīng)

周 巍,王浩帆,熊晟熙,蔣思磊,何曉燕,馬曉春,婁 春,姚 斌

(1.江西贛能股份有限公司,江西 南昌 330096;2.華中科技大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院,湖北 武漢 430074;3.新疆維吾爾自治區(qū)計(jì)量測(cè)試研究院,新疆維吾爾自治區(qū) 烏魯木齊 830011)

0 引 言

隨著雙碳目標(biāo)提出,燃煤電廠利用可再生能源替代化石能源以降低碳排放的需求緊迫。而生物質(zhì)能具有生命周期內(nèi)零碳排放,可再生,來(lái)源廣泛,儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn),是替代化石燃料的重要能源[1]。目前,北歐國(guó)家憑借其豐富的森林資源,形成成熟高效的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)。然而,最近研究表明[2],砍伐森林以提供用于替代化石燃料的木質(zhì)生物質(zhì)所造成的碳排放多于減少的碳排放,在有限長(zhǎng)時(shí)間尺度上,林木生物質(zhì)資源消耗超過(guò)森林再生速度。為避免林木生物質(zhì)利用產(chǎn)生多余碳排放,農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品資源成為生物質(zhì)發(fā)電的主要燃料來(lái)源。利用這些農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品資源實(shí)現(xiàn)碳中和目的,需要大量投資來(lái)改造現(xiàn)有純煤粉爐,目前我國(guó)燃煤電廠不具備大規(guī)模將燃煤鍋爐改造為純?nèi)忌镔|(zhì)鍋爐條件,生物質(zhì)與煤耦合燃燒成為一種有明顯優(yōu)勢(shì)的生物質(zhì)資源利用方式[3]。已有研究結(jié)果證明了工業(yè)規(guī)模生物質(zhì)與煤耦合燃燒可行性,目前已經(jīng)在最高640 MW鍋爐上進(jìn)行了試驗(yàn)[4-5]。

煤與生物質(zhì)耦合燃燒性能主要由生物質(zhì)燃料堿金屬(K和Na)含量和揮發(fā)分、灰分決定[6]。耦合燃燒特性主要包括著火特性、燃燒火焰溫度、氣相堿金屬釋放特性與結(jié)渣傾向。由于煤和生物質(zhì)耦合燃燒過(guò)程中存在協(xié)同效應(yīng)[7],煤與生物質(zhì)耦合燃燒與二者單獨(dú)燃燒的燃燒性能差異不能通過(guò)化學(xué)成分或相關(guān)性質(zhì)的算術(shù)平均確定。

對(duì)于耦合燃燒著火特性的協(xié)同效應(yīng)研究較廣泛,其產(chǎn)生原因主要是有機(jī)非催化效應(yīng)與無(wú)機(jī)催化效應(yīng)[8]。有機(jī)催化效應(yīng)由揮發(fā)分釋放促進(jìn)煤分解引起,而無(wú)機(jī)非催化效應(yīng)由生物質(zhì)中含有的堿金屬與堿土金屬元素降低反應(yīng)活化能引起。由于生物質(zhì)熱解產(chǎn)生更多焦油和輕氣體[9],生物質(zhì)在脫揮發(fā)燃燒階段著火溫度比煤低。然而,對(duì)于著火特性過(guò)程研究手段主要為熱重分析法,較為單一。如CONG等[10]利用熱重分析法發(fā)現(xiàn),煙草秸稈與低階煤共燃過(guò)程中,混合物著火溫度、燃盡溫度與活化能均隨摻混比增加而顯著降低。然而熱重分析法加熱速率低,與實(shí)際燃燒環(huán)境差距大。而平焰燃燒器中采用大粒徑顆粒摻混燃燒,大粒徑樣品揮發(fā)分燃燒時(shí)間長(zhǎng),協(xié)同作用更加明顯,可進(jìn)行燃燒過(guò)程監(jiān)測(cè),利于協(xié)同效應(yīng)分析。

另外,生物質(zhì)中含有大量堿金屬與堿土金屬元素,在燃燒過(guò)程中,堿金屬元素(如K、Na等)在高溫下以氣相形式析出,在受熱面表面凝結(jié),與煙氣反應(yīng)生成主要成分為堿金屬硫酸鹽結(jié)渣內(nèi)白層,使受熱面表面黏度增大,爐膛內(nèi)熔融顆粒附著難度降低,促進(jìn)受熱面結(jié)渣[11-12],影響熱傳導(dǎo)效率。因此,準(zhǔn)確測(cè)量燃燒過(guò)程氣相堿金屬濃度對(duì)厘清結(jié)渣機(jī)理、緩解結(jié)渣危害意義重大。目前測(cè)量燃燒過(guò)程中氣相堿金屬元素的主要方法包括外加光信號(hào)主動(dòng)式測(cè)量[13-14]與分析火焰自發(fā)射信號(hào)被動(dòng)式測(cè)量。主動(dòng)式測(cè)量技術(shù)需外加光源,設(shè)備成本高,裝置復(fù)雜;被動(dòng)式測(cè)量技術(shù)直接收集火焰自發(fā)射信號(hào),獲得燃燒過(guò)程氣相堿金屬信號(hào)[15]。HE等[16-17]采用被動(dòng)式測(cè)量技術(shù)對(duì)生物質(zhì)燃燒K釋放以及煤燃燒Na釋放進(jìn)行原位測(cè)量,并應(yīng)用于工業(yè)爐膛中。而目前爐膛結(jié)渣傾向判斷與預(yù)測(cè)的主要方法是基于灰成分的結(jié)渣指數(shù)法[18]。結(jié)渣指數(shù)法判別操作簡(jiǎn)單易行,應(yīng)用廣泛,但結(jié)渣指數(shù)僅代表燃料性質(zhì),無(wú)法反映燃料不同燃燒狀態(tài)對(duì)結(jié)渣的影響。結(jié)渣過(guò)程主要由煙氣中氣相堿金屬控制[19],而結(jié)渣指數(shù)計(jì)算僅考慮灰分中堿金屬含量,未考慮不同燃燒工況對(duì)堿金屬釋放的影響。另外,目前結(jié)渣指數(shù)法應(yīng)用對(duì)象為煤,對(duì)于生物質(zhì)燃料、生物質(zhì)與煤耦合燃燒結(jié)渣判別與預(yù)測(cè)適應(yīng)性不強(qiáng)。

由于發(fā)電廠附近生物質(zhì)供應(yīng)不穩(wěn)定,而不同類(lèi)型生物質(zhì)性質(zhì)差異巨大,需進(jìn)一步研究某特定類(lèi)型生物質(zhì)的耦合燃燒特性。中國(guó)在2019年已成為世界上最大板栗生產(chǎn)國(guó),2022年板栗年產(chǎn)量達(dá)到195萬(wàn)t[20],而板栗殼是板栗最重要的副產(chǎn)物。由于內(nèi)富含木質(zhì)素,板栗殼已被研究用于提高生物乙醇產(chǎn)量[21]。另一項(xiàng)研究調(diào)查板栗殼熱解行為[22],確定其作為固體生物燃料的潛力。

筆者摻混煤與生物質(zhì),制作顆粒樣品,在Hencken平焰燃燒器上燃燒,利用高速攝像機(jī)結(jié)合圖像處理技術(shù)計(jì)算著火延遲時(shí)間,利用光譜儀檢測(cè)耦合燃燒過(guò)程中火焰溫度、氣相K濃度,以此研究耦合燃燒過(guò)程中著火、燃燒與氣相堿金屬釋放特性的協(xié)同效應(yīng),并著重分析其原因。最后根據(jù)殘灰成分,計(jì)算結(jié)渣指數(shù),通過(guò)結(jié)渣指數(shù)與氣相K釋放量相關(guān)性分析,建立了氣相K釋放與結(jié)渣傾向之間的關(guān)聯(lián),證明氣相K濃度具有判別結(jié)渣特性的潛力。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)樣品準(zhǔn)備

試驗(yàn)選取板栗殼作為生物質(zhì)燃料,板栗殼木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)36.61%,纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)21.51%[23],屬于典型低纖維素、高木質(zhì)素生物質(zhì)燃料,熱值高,可用于燃燒發(fā)電。試驗(yàn)用煤選擇神府煙煤,揮發(fā)分在煙煤中較高,屬于低堿煤,以排除Na的影響。在試驗(yàn)樣品準(zhǔn)備階段,煙煤與生物質(zhì)被粉碎、研磨,最后被篩分至200 μm以下,分析其特性并進(jìn)行燃燒試驗(yàn)。煤與生物質(zhì)工業(yè)分析、元素分析與灰分分析見(jiàn)表1。隨后,將生物質(zhì)分別以質(zhì)量比30%、50%和70%與煙煤粉末均勻混合。使用液壓機(jī)在2 MPa壓力下,將混合后的粉末壓制為55 mg,直徑6 mm、厚度約2 mm的圓餅形顆粒,顆粒密度均勻,形狀規(guī)則。

表1 煤與生物質(zhì)工業(yè)分析、元素分析與灰成分分析

為簡(jiǎn)化樣品描述,使用“煙煤+生物質(zhì)-30”表示煙煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%、生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%摻混樣品顆粒。其他樣品以此類(lèi)推。

1.2 試驗(yàn)儀器與工況

試驗(yàn)裝置如圖1所示。燃燒試驗(yàn)在Hencken平焰燃燒器上進(jìn)行,燃燒器出口截面50 mm×50 mm,出口界面均勻分布400根不銹鋼毛細(xì)管,每根毛細(xì)管內(nèi)徑0.8 mm,外徑1.2 mm。毛細(xì)管中通入甲烷,流量0.8 L/min,空隙中通入空氣,流量30 L/min。其產(chǎn)生的均勻、穩(wěn)定平面火焰可為圓餅形顆粒提供高熱量環(huán)境以啟動(dòng)顆粒燃燒過(guò)程。圓餅形顆粒被放置在2根平行氧化鎂陶瓷棒上,陶瓷棒與Hencken平面燃燒器垂直距離10 mm,通過(guò)電動(dòng)位移平臺(tái)送入平焰燃燒器正中心。高速攝像機(jī)(Photron FASTCAM SA4)以50 幀/s速度記錄顆粒燃燒過(guò)程火焰圖像,高速攝像機(jī)曝光時(shí)間設(shè)為1/60 s以確?；鹧鎴D像不飽和。試驗(yàn)光譜檢測(cè)裝備包括準(zhǔn)直透鏡、光纖與光譜儀。準(zhǔn)直透鏡位于光纖前,保證采集的光譜信號(hào)在視線方向上,光纖距離Hencken燃燒器垂直距離為15 mm。光纖將收集到的光信號(hào)傳遞至光譜儀(AvaSpec-ULS3648-2-USB2)。光譜儀波長(zhǎng)為648～864 nm,分辨率為0.14～0.18 nm,積分時(shí)間設(shè)置為10 ms,2次測(cè)量間隔設(shè)置為990 ms。Hencken平焰燃燒器火焰點(diǎn)燃后,通過(guò)控制電動(dòng)位移平臺(tái)將顆粒移動(dòng)到燃燒器中心,同步啟動(dòng)高速攝像機(jī)和光譜儀開(kāi)始測(cè)量。

圖1 試驗(yàn)裝置

2 測(cè)量原理

2.1 著火延遲時(shí)間定義

通過(guò)火焰圖像處理確定著火延遲時(shí)間。首先裁剪火焰圖像,剔除火焰中明亮噪點(diǎn)的干擾,統(tǒng)計(jì)圖像各像素點(diǎn)的RGB值,火焰圖像紅、綠、藍(lán)值(RGB)表示可見(jiàn)光強(qiáng)度。然后使用線性加權(quán)計(jì)算將RGB彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像,每個(gè)像素最大灰度值為255。最后利用灰度圖像中各像素灰度值確定顆粒著火時(shí)刻,定義灰度圖像中其中一個(gè)像素點(diǎn)達(dá)到點(diǎn)火閾值時(shí)的時(shí)刻為著火時(shí)刻。點(diǎn)火閾值被設(shè)置為灰度最大強(qiáng)度的10%[24](即灰度值25),則著火延遲時(shí)間為

td=t1-t0,

(1)

式中,td為著火延遲時(shí)間,s;t1為著火時(shí)刻,s;t0為顆粒進(jìn)入Hencken燃燒器中心時(shí)刻,s。

2.2 火焰溫度、氣相K濃度與熱輻射計(jì)算

物體溫度在800～2 000 K,普朗克定律可簡(jiǎn)化為維恩輻射定律[25]:

(2)

式中,I(λ,T)為在一定溫度、某一波長(zhǎng)下黑體光譜輻射強(qiáng)度,W/(m3·sr);ε(λ)為該波長(zhǎng)下物體發(fā)射率;λ為波長(zhǎng),m;T為物體溫度,K;C1為普朗克第一常數(shù),3.741 9×10-16W·m2;C2為普朗克第二常數(shù),1.438 8×10-2m·K。

根據(jù)火焰發(fā)射光譜,釋放到火焰中的氣相K在高溫下被激發(fā),釋放出特征譜線下的輻射,堿金屬K特征譜線對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)位置為K1(766.490 nm)與K2(769.896 nm)。在火焰中,通過(guò)光譜儀測(cè)量到的光譜強(qiáng)度Im由2部分組成:

Im=IK+IC,

(3)

式中,IK為氣相K的特征譜線輻射強(qiáng)度,W/(m3·sr);IC火焰連續(xù)熱輻射強(qiáng)度,W/(m3·sr)。

基于灰性假設(shè),在間隔較小的波長(zhǎng)之間,火焰發(fā)射率近似相等的火焰可以視為灰體。因此,通過(guò)結(jié)合式(2),顆粒燃燒火焰溫度可以通過(guò)多波長(zhǎng)法獲得[17]:

(4)

式中,M為用于計(jì)算的波長(zhǎng)數(shù)量,本研究M=50;λi為用于計(jì)算火焰溫度的波長(zhǎng),m;Δλ為波長(zhǎng)增加量,m;IC(λi)與IC(λi+Δλ)分別為在λi與λi+Δλ下火焰連續(xù)熱輻射,W/(m3·sr)。

在顆粒燃燒過(guò)程中,計(jì)算測(cè)量波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射能量用來(lái)表示顆粒燃燒過(guò)程中熱輻射,計(jì)算公式為

(5)

式中,E為測(cè)量波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射能量,W/m2;λ1、λ2分別為測(cè)量的起始波長(zhǎng)與終止波長(zhǎng),分別取650與800 nm。

由于堿金屬K在K1(766.490 nm)輻射強(qiáng)度比K2(769.896 nm)高,現(xiàn)象更明顯,故選擇K1作為標(biāo)定。相同氣相K濃度下,隨火焰溫度升高,氣相K特征譜線輻射強(qiáng)度升高,經(jīng)過(guò)類(lèi)似文獻(xiàn)[26]標(biāo)定試驗(yàn)過(guò)程,獲得氣相K特征譜線輻射強(qiáng)度與氣相K濃度、火焰溫度定量關(guān)系。

2.3 結(jié)渣指數(shù)計(jì)算

通過(guò)計(jì)算堿酸比(B/A)與硅比(G),探討耦合燃燒中結(jié)渣傾向,計(jì)算公式[27]為

(6)

其中,各氧化物均使用灰分中當(dāng)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算?；页煞挚煞譃?類(lèi):堿性氧化物與酸性氧化物。堿性氧化物以Na2O與K2O為代表,主要包括堿金屬與堿土金屬氧化物,導(dǎo)致灰黏度增大,熔融溫度降低,加重受熱面結(jié)渣;酸性氧化物效果與之相反[18]。由此,對(duì)于某種確定燃料,其B/A越大、G越小,結(jié)渣傾向越高。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 著火特性

高速攝像機(jī)記錄的煙煤、生物質(zhì)與煙煤和生物質(zhì)耦合燃燒火焰如圖2所示。每組子圖第1幅圖像按第2.1節(jié)方法判斷出著火時(shí)刻火焰圖像,最后1幅圖像是燃燒過(guò)程中最后一次達(dá)到著火閾值以上的火焰圖像?；鹧鎴D像下方標(biāo)注出時(shí)刻。由圖2可知,煙煤顆粒著火時(shí)刻為5.50 s,煙煤顆粒上方出現(xiàn)明顯霧狀亮光,這是煙煤中揮發(fā)分受熱著火,隨后在5.50～6.50 s,煙煤火焰迅速發(fā)展,亮度迅速提高,在顆粒上方形成明顯錐形火焰,顆粒進(jìn)入揮發(fā)分燃燒階段。隨后火焰持續(xù)發(fā)展,在15.50 s左右燃燒火焰高度最大,隨后火焰高度逐漸降低,直到22.86 s,煙煤顆粒上方火焰幾乎全部熄滅,而煙煤顆粒在高溫條件下被加熱,發(fā)出明顯的光亮,揮發(fā)分燃燒階段結(jié)束。生物質(zhì)在3.92 s達(dá)到閾值,其燃燒圖像特征與煙煤相似。因?yàn)樯镔|(zhì)中揮發(fā)分含量遠(yuǎn)高于煙煤,著火延遲時(shí)間比煙煤短。

圖2 煙煤、生物質(zhì)與煙煤和生物質(zhì)耦合燃燒火焰

煙煤、生物質(zhì)及耦合燃燒顆粒的著火延遲時(shí)間如圖3所示,不存在協(xié)同點(diǎn)火效應(yīng)時(shí),耦合燃燒著火延遲時(shí)間隨生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化呈線性[24]。圖3中虛線表示煙煤與生物質(zhì)著火延遲時(shí)間的線性加權(quán)平均值。不同摻混比例下耦合燃燒顆粒的著火延遲時(shí)間均小于煙煤與生物質(zhì)顆粒,計(jì)算與試驗(yàn)獲得的著火延遲時(shí)間之間存在可觀察到的差值,表明耦合燃燒著火協(xié)同效應(yīng)存在,定義差值為tdiff,在圖3中使用紅色箭頭標(biāo)記。tdiff為正,說(shuō)明協(xié)同效應(yīng)促進(jìn)著火,這與文獻(xiàn)[24]結(jié)果一致。根據(jù)纖維素?zé)峤馓匦?纖維素率先熱解破壞糖苷鍵,氫供體加速可燃?xì)怏w釋放,促進(jìn)著火。此外,堿金屬受熱釋放顯著降低了生物質(zhì)脫揮發(fā)分表觀活化能,是導(dǎo)致協(xié)同促進(jìn)的另一個(gè)因素。生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、50%與70%的3種耦合燃燒顆粒tdiff分別為1.27、1.91與0.55 s,生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%摻混顆粒相對(duì)差值最大,說(shuō)明著火協(xié)同效應(yīng)最高。而生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%耦合燃燒顆粒差值僅0.55 s,主要因?yàn)樯镔|(zhì)中含較多木質(zhì)素,會(huì)對(duì)著火產(chǎn)生抑制作用[28]。

圖3 煙煤、生物質(zhì)與煙煤和生物質(zhì)耦合燃燒的著火延遲時(shí)間

3.2 火焰溫度與氣相K釋放特性

各顆粒燃燒過(guò)程中火焰溫度與熱輻射隨時(shí)間變化曲線如圖4所示。

圖4 煙煤、生物質(zhì)與煙煤和生物質(zhì)耦合燃燒火焰溫度與熱輻射

根據(jù)火焰溫度與熱輻射變化,可清楚識(shí)別出顆粒燃燒脫揮發(fā)分、焦炭燃燒和灰分3個(gè)典型階段[17]。所有顆粒在這3個(gè)階段火焰溫度和熱輻射變化相似。各顆粒著火時(shí)刻與火焰溫度、熱輻射突增時(shí)刻匹配[29],如圖4中第1條紅色虛線;揮發(fā)分燃燒結(jié)束時(shí)刻與溫度、熱輻射突降時(shí)刻匹配,如圖4中第2條紅色虛線。由于煤熱值高,煤顆粒燃燒釋放出的熱輻射量高于生物質(zhì)。由于生物質(zhì)固定碳僅15.35%,其焦炭燃燒階段短暫。焦炭燃燒階段結(jié)束后,光譜儀接收到其光譜信息均為環(huán)境噪聲,不能計(jì)算溫度,顆粒燃盡進(jìn)入灰分階段。各顆粒燃燒過(guò)程中釋放氣相K濃度隨時(shí)間變化如圖5所示。各顆粒氣相K釋放主要在揮發(fā)分燃燒階段,此階段,由于顆粒溫度急劇上升,使K元素活化,顆粒迅速脫水,顆粒中無(wú)機(jī)K脫水釋放并與有機(jī)組分反應(yīng),形成配合物,氣相K大量釋放,很快達(dá)到峰值,隨后伴隨溫度迅速下降。

圖5 顆粒燃燒過(guò)程中氣相K濃度隨時(shí)間變化

為量化氣相K釋放量,將燃燒過(guò)程中氣相K濃度對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分,獲得各顆粒在燃燒階段氣相K釋放量,結(jié)果如圖6所示。由煙煤與生物質(zhì)氣相K釋放量根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)線性加權(quán)計(jì)算獲得氣相K釋放量。隨耦合燃燒生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,K釋放量增加。但耦合燃燒工況下試驗(yàn)氣相K釋放量始終低于計(jì)算值,證明耦合燃燒氣相堿金屬釋放協(xié)同效應(yīng)存在,且協(xié)同效應(yīng)抑制氣相堿金屬釋放。研究證明,由揮發(fā)分-焦炭相互作用產(chǎn)生的自由基分子為堿金屬汽化和化學(xué)鍵斷裂提供能量,使燃燒溫度迅速升高,促進(jìn)氣相堿金屬釋放[30]。此外,共燃過(guò)程中無(wú)機(jī)反應(yīng)對(duì)氣堿釋放也有抑制作用[31],無(wú)機(jī)反應(yīng)主要由于煙煤中含大量Si與Al元素,燃燒過(guò)程中,無(wú)機(jī)反應(yīng)不斷在氧化反應(yīng)邊界上進(jìn)行,K與SiO2、Al2O3反應(yīng)形成不溶性K鹽。揮發(fā)分-焦炭相互作用與無(wú)機(jī)反應(yīng)共同影響氣相堿金屬釋放協(xié)同效應(yīng),無(wú)機(jī)反應(yīng)主導(dǎo)。

圖6 煙煤、生物質(zhì)與煙煤和生物質(zhì)耦合燃燒氣相K釋放濃度

3.3 結(jié)渣特性

各個(gè)顆粒的堿酸比(B/A)與硅比(G)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。煙煤堿酸比低的主要原因是煤種鈣、鐵含量高,分別達(dá)27.65%與19.13%。生物質(zhì)中不含鋁元素,且K2O與CaO質(zhì)量占比達(dá)77.8%,故堿酸比達(dá)18.339。煙煤B/A最小,G最大,由結(jié)渣指數(shù)判斷的結(jié)渣傾向小;而生物質(zhì)堿酸比最大,G最小,其結(jié)渣傾向相對(duì)較大。

表2 結(jié)渣指數(shù)計(jì)算與判斷結(jié)果

各顆粒的堿酸比B/A、硅比G與氣相K釋放量結(jié)渣指數(shù)與氣相K釋放濃度相關(guān)性分析如圖7所示。堿酸比與硅比R2值均大于0.95,說(shuō)明氣相K釋放量與B/A、G高度相關(guān)。隨著氣相K釋放量增大,B/A增大,G降低,結(jié)渣傾向判斷升高。另一方面,煤中B/A和G的應(yīng)用被廣泛認(rèn)可,用于預(yù)測(cè)受熱面結(jié)渣傾向。說(shuō)明在線監(jiān)測(cè)獲得的氣相K釋放濃度具有判別結(jié)渣特性的潛力,能反映實(shí)際燃燒過(guò)程結(jié)渣傾向變化。

圖7 B/A、G與氣相K釋放濃度相關(guān)性分析

4 結(jié) 論

1)煙煤與生物質(zhì)耦合燃燒著火延遲時(shí)間比理論值低,證明耦合燃燒存在著火協(xié)同效應(yīng),表現(xiàn)為促進(jìn)著火,這是纖維素?zé)峤鈱?dǎo)致能量快速釋放與生物質(zhì)堿金屬元素催化共同作用的結(jié)果,著火延遲時(shí)間與理論值的差值在生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%時(shí)達(dá)到最大值1.91 s,此時(shí)協(xié)同效應(yīng)影響最大。

2)隨耦合燃燒生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,K釋放量增加。而耦合燃燒釋放的堿金屬比理論值低,證明耦合燃燒存在氣相堿金屬釋放協(xié)同效應(yīng),且協(xié)同效應(yīng)抑制氣相堿金屬釋放,該協(xié)同作用由揮發(fā)分-焦炭相互作用與無(wú)機(jī)反應(yīng)共同控制,無(wú)機(jī)反應(yīng)中Si、Al元素與K的反應(yīng)占主導(dǎo)。

3)隨氣相K釋放量增大,堿酸比與硅比數(shù)值增大,結(jié)渣傾向升高,結(jié)渣指數(shù)與氣相K釋放量間相關(guān)性系數(shù)均大于95%,說(shuō)明結(jié)渣指數(shù)與氣相K釋放量相關(guān)性較高,在線監(jiān)測(cè)獲得的氣相K釋放濃度具有判別結(jié)渣特性潛力。