生物质燃烧过程中碱金属迁移及结渣特性的研究

发布时间：2020-11-13 16:24

　　 农业废弃物被视为重要的生物质资源,主要用以供热和发电。然而,这些生物质中碱金属元素含量普遍较高,在燃烧利用过程中碱金属容易与其它成灰元素(如氯、硅)发生化学反应,生成低熔点的物质而造成锅炉受热面结渣。这已经成为了限制生物质能源资源化利用的重要因素之一。因此研究生物质燃烧过程中碱金属的迁移规律以及碱金属对结渣的影响具有重要意义。 本文选用稻草秸秆作为研究对象,利用化学平衡软件FactSage中平衡模块EQUILIB对秸秆燃烧过程进行热力学模拟,得出燃烧产物中碱金属化合物的种类及其存在的状态。计算过程考虑了燃烧温度、炉内压力、过量空气系数、燃料中硫元素的含量和氯元素含量五个因素对碱金属迁移及锅炉结渣特性的影响。结果表明,碱金属元素主要以氯化物的形式析出进入气相,且在500-1150℃温度范围内KCl(g)和NaCl(g)的生成量随温度的升高不断增大。过量空气系数在1.1-2范围内时,增大炉内O2浓度(即富氧燃烧)能够降低熔融态物质的生成总量,对缓解生物质锅炉结渣起到积极的作用。在0-0.2MPa范围内增大反应压力,或者适当增大燃料中S的含量都能够起到抑制碱金属气相析出的作用。另外,一定范围内增大燃料中的C1含量将促进HCl(g)和C12(g)的生成,这可能会加重锅炉受热面的腐蚀问题。 通过马弗炉焚烧实验获得不同工况下的秸秆燃烧产物,并使用原子吸收光谱仪检测秸秆原料及其燃烧残留物中的碱金属含量。结果表明,秸秆燃烧过程中Na比K更容易析出进入气相。在650-850℃范围内,升高温度能促进气态碱金属化合物的生成。在生物质燃料中添加高岭土有抑制K元素析出的作用,高岭土可能与低熔点碱金属盐发生化学反应,生成了新的高熔点物质,从而达到缓解结渣的目的。添加CaO和MgO能够促进碱金属向气态迁移,减少低熔点碱金属硅酸盐的生成量,因此有利于控制结渣的生成。本研究对解决生物质燃烧过程中的碱金属问题及促进生物质资源化利用具有一定的实际价值。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

图2-1气态碱金属氯化物的生成量随温度变化规律图2-1表明，在500-115(rC温度范围内，稻草稻秆燃烧后生成的气相产物中，碱金属元素主要以Ka(g)、（KCl)2(g)、NaCl(g)和(NaCl)2(g)的形式存在，图2-1 (a)表示KCl(g)和(KClMg)生成量的变化，图2-1 (b)表示NaCl(g)和(NaCl)2(g)生成量的变化。气态氯化钾生成量的变化规律与气态氯化钠一致，并且其中KCl(g)和的生成量大约是NaCl(g)生成量的10倍，这是由于本身稻草原料中钾的含量就高于钠5倍左右。温度在500-700°C范围内时，K和Na以气态氯化物形式析出较为缓慢

图2-4气态HC1和Ch的生成*随温度变化规律在500-1150°C温度范围内，稻草稻杆燃烧生成HCl(g)和Cl2(g)的摩尔量如图2-4所示。生物质中所含的C1元素除了能以KCl(g)和NaCl(g)的形式析出以外，还能形成HCl(g)和Cl2(g)，且HCl(g)和a2(g)的生成量随温度的升高先增大后减小，在800-85(rC左右达到最大值。当温度低于850°C时，升高温度可以促进HCl(g)和Cl2(g)的生成，而温度高于85(rC时，大量的KCl(g)和NaCl(g)析出，而C1元素作为碱金属元素析出的载体

图2-5气态氣化钾的生成irf：随过量空气系数变化规律图2-5表明，温度为70(rC时，在02充足的情况下IKg稻草燃烧后生成的气相产物中，钾元素主要以KCl(g)和(KCl)2(g)的形式存在，其中KCl(g)的生成量为0.48X104mol左右，（KClMg)的生成量为0.13X10.4mol左右，其变化趋势均为随着过量空气系数的增大，气态氯化钾的生成量逐渐减少，说明增大02浓度可以抑制钾元素以氯化物的形式析出进入气相。7.16 1"^——,——.——,——.——I——.——,——?——r-r 0-640 一II<X) - 0.636 ^i 7.12- -32 i?1-6 i-I .08- ：隱“ ,-0.624 5Z 2：^JT 7.04-UI,——I~,,~,I~,r-L 0.6201.2 1.4 1.6 1.8 2.0 JT过量空气系数SI 2-6气态氯化钠的生成量随过摄空气系数变化规律图2-6表明
【参考文献】

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本文编号：2882380