生物质燃烧中碱金属迁移转化和沉积行为研究

发布时间：2020-08-10 06:30

【摘要】：作为一种可再生能源，生物质能具有储量大，低污染，低CO2排放等特点。大规模的利用生物质能，有助于缓解目前的能源短缺、环境污染以及温室气体排放等一系列问题。但是由于生物质中碱金属含量高，这使得生物质在燃烧利用过程中极易产生严重的灰沉积和腐蚀问题。因此，关于生物质燃烧中碱金属的迁移转化和沉积规律的研究对解决生物质锅炉灰沉积和腐蚀问题，扩大生物质利用的规模就显得十分重要。本文首先运用Gibbs自由能判据，对生物质燃烧过程中可能进行的反应进行了分析，讨论了碱金属可能的迁移转化途径。并使用Gibbs自由能最小化模型对不同温度下生物质燃烧过程中碱金属的行为进行了预测。结果表明，在温度低于600°C时，碱金属主要存在于固态物质中，主要有K2O2SiO2、KCl、K2SO4、Na2CO3、Na2SO4、Na2SiO3等。当温度超过600°C时，碱金属开始进入气相，主要形式为碱金属氯化物。当温度大于1000°C时，还会形成气态的碱金属氢氧化物。还利用热力学平衡模型研究了生物质中的Cl、S、Si、Al对碱金属迁移转化的影响。结果表明，Cl元素有助于碱金属的挥发，而S、Si、Al三种元素都在一定程度上抑制了碱金属的挥发。S/(K+Na)的最佳摩尔比约为1，Al/(K+Na)最佳摩尔比约为1.5。Si的加入虽然减少了碱金属的挥发，但同时增加了低熔点碱金属硅酸盐的量，对缓解灰沉积效果不明显。结合热力学的分析结果，对秸秆直燃锅炉高、低温过热器灰样进行了分析。结果表明，该锅炉过热器积灰的原因主要是气态碱金属化合物在过热器表面凝结，并吸收烟气中的SO2，导致积灰硬化烧结。通过比较高、低温过热器灰样的成分发现，碱金属氯化物的硫酸盐过程更易发生于温度较高的高温过热器。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK6
【图文】：

积灰,过热器,飞灰,粘性

严重积灰的过热器

过热器管,氯腐蚀,氯元素,生物质锅炉

中科技大学硕士学位的腐蚀问题受热面的腐蚀主要是高温下的氯腐蚀，但这与碱金量低时，氯元素通常以HCl气体的形式存在，对受碱金属使得大量的氯元素以碱金属氯化物的形式沉表面的氯浓度显著上升，引起严重的氯腐蚀[20]。高锅炉主蒸汽参数的提高[21, 22]，导致生物质锅炉的发就必须选用耐腐蚀性更好的材料，这又导致了生物受到严重腐蚀的过热器管道。

炉排炉,碱金属,生物质,转化过程

华中科技大学硕士学位论文过夹带的燃料和飞灰颗粒进入烟气。当烟气中气态的KCl和K2SO4与温度较面接触时，可能会在受热面上凝结，形成一个粘性大，腐蚀性强的初始积灰熔融的KCl等物质粘性较大，初始积灰层灰会不断吸附飞灰并增厚最终导致灰问题。烟气中的KCl还会与SO2反应，使KCl向K2SO4转化。同时，随着烟断下降，烟气中气态的K2SO4会变得饱和甚至过饱和，通过同相成核作用，成K2SO4气溶胶。其反应方程如下：4KCl(g)+2SO2(g)+O2(g)+2H2O=2K2SO4(g)+4HCl(g) K2SO4(g)Cooling→ K2SO4(s,aersols) 大部分气溶胶灰被除尘器去除，但仍有少量会排放到大气中，造成污染。

【参考文献】