碱金属与耐火材料反应特性研究

发布时间：2017-08-14 09:01

  本文关键词：碱金属与耐火材料反应特性研究

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【摘要】：面对日益严峻的环境问题,生物质作为一种环境友好的可再生能源,可利用量逐年递增,其中,燃烧发电是生物质的主要利用方式之一。与煤炭相比较,生物质中富含更多的碱金属,在燃烧过程中易造成炉内结渣、沉积、团聚和高温腐蚀等问题。国内外学者对碱金属的迁移规律进行了广泛而深入地研究。本文从热力学的角度,根据吉布斯自由能原理以及多元多相平衡等理论,结合热力学数据库FactSage7.0研究了随温度升高的过程中,过量空气系数、Cl含量、S含量、Si含量等因素对碱金属元素迁移规律的影响。计算表明,碱金属在燃烧过程中主要以NaCl和KCl, NaOH和KOH, Na2SO4和K2SO4等形式存在。升高温度,能够促进碱金属氯化物的析出,在700℃以上较为明显；能够促进碱金属氢氧化物的析出,在800℃以上较为明显；对碱金属硫酸盐的影响以800℃为界表现为先促进后抑制。提高过量空气系数可以抑制气态碱金属氯化物的生成,使平衡向生成碱金属硫酸盐的方向移动。增加原料中的C1可以使反应向促进碱金属氯化物和抑制碱金属氢氧化物的方向进行。增加原料中的S能够促进碱金属硫酸盐的生成,且在一定温度范围内抑制了碱金属氯化物的生成,但对氢氧化物几乎没有影响。C1元素和碱金属结合能力大于S元素。Na比K更多地存在于硅酸盐中,添加Si对含碱金属气化物的析出量有抑制作用,但程度有限。考虑碱金属氯化物的腐蚀性,本文也对NaCl、KC1和常见耐火材料组分的5种氧化物之间的反应进行了模拟计算和实验验证。热力学计算和XRD检测的结果均表明：在600℃-1200℃范围内,(1)NaCl和MgO二者没有明显新物质生成；(2)NaCl、MgO和CaO三者反应没有检测到新物质；(3)NaCl、MgO和Si02生成Mg2SiO4;(4)在NaCl和MgO外加Al2O3的情况下,在1000℃以上能够明显检测出MgAl2O4;(5)在含有NaCl、MgO和Cr203的情况下,生成了Cr2MgO4,800-1000℃时生成了Na2Cr04;(6)NaCl、MgO和Fe203反应样品中检测到了镁铁尖晶石的存在；(7)NaCl主要只发生自身的相变。KCl反应规律和NaCl类似。通过改变H20含量及氧化或还原性气氛,对反应结果无明显影响。
【关键词】：生物质 燃烧 碱金属 腐蚀
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK6;TQ175.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题的研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外耐火材料发展10-11
• 1.2.1 耐火材料简介10-11
• 1.2.2 耐火材料抗渣性11
• 1.3 抗碱金属腐蚀耐火材料研究现状11-15
• 1.3.1 硅铝耐火材料11-14
• 1.3.2 镁质耐火材料14-15
• 1.4 本文研究技术路线及主要内容15-17
• 1.4.1 研究的主要内容及目的15
• 1.4.2 研究方案15-17
• 第2章 多因素作用下生物质Na、K迁移规律研究17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 热力学平衡计算17-20
• 2.2.1 热力学计算软件17-18
• 2.2.2 计算条件18-20
• 2.3 碱金属迁移影响因素研究20-30
• 2.3.1 温度和过量空气系数对Na、K迁移规律的影响分析20-24
• 2.3.2 温度和Cl含量对Na、K迁移规律的影响24-27
• 2.3.3 温度和S含量对Na、K迁移规律的影响分析27-29
• 2.3.4 温度和Si含量对Na、K迁移规律的影响分析29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 NaCl、KCl和含镁碱性耐火材料反应规律研究31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 热力学计算部分31-40
• 3.2.1 NaCl(KCl)和MgO在高温下的反应规律32-33
• 3.2.2 CaO对NaCl(KCl)和MgO高温下反应的影响33-34
• 3.2.3 SiO_2对NaCl(KCl)和MgO高温下反应的影响34-36
• 3.2.4 Al_2O_3对NaCl(KCl)和MgO高温下反应的影响36-37
• 3.2.5 Cr_2O_3对NaCl(KCl)和MgO高温下反应的影响37-39
• 3.2.6 Fe_2O_3对NaCl(KCl)和MgO高温下反应的影响39
• 3.2.7 改变组分含量对生成物的影响39-40
• 3.2.8 NaCl和KCl与氧化物反应规律比较40
• 3.3 本章小结40-42
• 第4章 氧化物对NaCl(KCl)和MgO反应影响的实验42-51
• 4.1 实验原料与仪器42-43
• 4.2 实验方法43-44
• 4.3 实验结果44-47
• 4.4 实验结果XRD分析47-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 结论与展望51-52
• 5.1 结论51
• 5.2 展望51-52
• 参考文献52-57
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果57-58
• 致谢58

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本文编号：671812