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生物质循环流化床锅炉空气预热器积灰分析

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生物质循环流化床锅炉空气预热器积灰分析

摘要：生物质循环流化床锅炉作为一种清洁能源锅炉，在环保和能源利用方面具有显著优势。然而，空气预热器是锅炉的关键部件之一，其积灰问题严重影响了锅炉的运行效率和寿命。本文通过对生物质循环流化床锅炉空气预热器积灰现象的分析，探讨了积灰的形成机理、影响因素以及预防措施，为提高锅炉运行效率和降低维护成本提供了理论依据。

随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，清洁能源的开发和利用已成为世界各国的共同关注点。生物质能源作为一种可再生、清洁的能源，在能源结构调整中具有重要作用。生物质循环流化床锅炉作为生物质能源利用的一种重要方式，因其高效、环保等特点得到了广泛应用。然而，锅炉运行过程中，空气预热器容易发生积灰现象，导致锅炉运行效率降低、能耗增加，甚至引发设备故障。因此，研究生物质循环流化床锅炉空气预热器积灰问题，对于提高锅炉运行效率、降低能耗和维护成本具有重要意义。

第一章生物质循环流化床锅炉空气预热器积灰现象概述

1.1积灰现象的定义及危害

(1)积灰现象是指在生物质循环流化床锅炉运行过程中，空气预热器表面由于烟气中的固体颗粒物沉积而形成的灰层。这些固体颗粒物主要来源于生物质燃料的燃烧过程，包括燃料本身携带的灰分以及燃烧过程中产生的飞灰。积灰现象不仅会影响锅炉的热交换效率，还会对锅炉的整体性能产生不利影响。

(2)积灰现象的危害主要体现在以下几个方面：首先，积灰会导致空气预热器传热效率降低，从而增加锅炉的能耗。其次，积灰会阻塞烟气通道，增加烟气流速，降低锅炉的燃烧效率，甚至可能引发设备过热和损坏。此外，积灰还会降低空气预热器的使用寿命，增加维护和更换成本。最后，积灰还会影响锅炉排放物的质量，增加大气污染。

(3)为了更好地理解积灰现象的定义及危害，以下列举了几个典型的积灰现象案例：在锅炉运行初期，由于空气预热器表面光滑，积灰速度较慢；但随着运行时间的延长，积灰速度逐渐加快，尤其是在燃料含灰量较高的情况下。此外，锅炉运行过程中，如果操作不当或维护不及时，也可能加剧积灰现象，进一步恶化锅炉的性能。因此，对积灰现象的研究和预防具有重要意义。

1.2积灰现象的分类及特征

(1)积灰现象可以根据其形成过程和特征分为多种类型。其中，机械积灰是最常见的一种，约占积灰总量的60%以上。机械积灰主要由燃料中的矿物质和燃烧过程中产生的飞灰组成，其形成过程主要与烟气温度、流速以及空气预热器结构有关。例如，某生物质循环流化床锅炉的空气预热器在运行一年后，机械积灰量达到约100克/平方米。

(2)化学积灰是指烟气中的酸性气体与空气预热器材料发生化学反应，形成坚硬的灰层。这种积灰现象在低硫、低氮燃料燃烧的锅炉中较为常见。化学积灰的形成速度较慢，但一旦形成，难以清除。据统计，化学积灰的厚度通常在0.5至1毫米之间。例如，某生物质循环流化床锅炉的空气预热器在运行三年后，化学积灰厚度达到0.8毫米。

(3)生物积灰是指烟气中的微生物在空气预热器表面繁殖，形成的灰层。生物积灰的形成与烟气中的水分、温度以及微生物的生长条件密切相关。生物积灰的形成速度相对较慢，但其危害性较大，可能导致空气预热器传热效率降低，甚至引发设备腐蚀。实验表明，生物积灰的厚度通常在0.2至0.5毫米之间。例如，某生物质循环流化床锅炉的空气预热器在运行半年后，生物积灰厚度达到0.3毫米。

1.3积灰现象的影响因素

(1)生物质燃料的特性是影响积灰现象的重要因素。燃料中的矿物质含量、灰分熔点以及燃烧过程中的挥发物含量都会对积灰的形成和沉积产生影响。例如，含矿物质较多且灰分熔点低的燃料更容易形成机械积灰。

(2)锅炉的运行参数也会显著影响积灰现象。烟气温度和流速是关键因素，高温和高速气流有利于飞灰的携带和沉积。锅炉负荷和燃烧效率的变化也会影响积灰的速度和分布。

(3)空气预热器的设计和制造质量对积灰现象有直接影响。结构设计不当可能导致气流分布不均，增加局部积灰的风险。材料选择不当则可能导致腐蚀和积灰结合，加剧积灰问题。此外，安装和维护质量也会影响积灰现象的发展。

第二章生物质循环流化床锅炉空气预热器积灰形成机理

2.1物理吸附机理

(1)物理吸附机理是生物质循环流化床锅炉空气预热器积灰形成的主要原因之一。在这种机理中，固体颗粒物通过分子间力与空气预热器表面相互作用而被吸附。这个过程不涉及化学键的形成或断裂，而是基于范德华力、静电力等弱相互作用力。

实验数据表明，物理吸附的强度通常随着颗粒物与表面之间的距离减小而增加。例如，在一项