抗结渣生物质燃料研究进展
发布时间：2021-09-03 06:47
生物质作为价格低廉、来源广泛的绿色能源,具有巨大的利用潜力。但由于生物质本身碱金属（主要为钾）含量较高,在燃烧利用过程中存在如碱结渣、灰分融合、团聚、腐蚀等问题。其中,结渣存在于整个生物质利用过程中,形成极难处理的结块与沉淀,对锅炉本身及运行造成危害。因此,抗结渣生物质燃料是实现生物质高效利用的可行手段。目前可通过添加剂、共燃、化学预处理、涂层等方式改变生物质利用过程中碱金属氯化物、硫酸盐、硅酸盐的生成和转化途径,以解决生物质热转化利用过程中的结渣问题。其中利用添加剂与生物质受热反应生成新的高熔融点产物的处理方式具有较好抗结渣效果。笔者介绍了生物质中碱金属的存在形式及其热转化过程中钾的释放路径、迁移规律,概括了生物质热转化利用过程中的结渣机制,总结了铝基、钙基、磷基3种添加剂在生物质抗结渣过程中的作用机理。使用添加剂可使生物质燃料达到较好的抗结渣效果,磷基添加剂可较好地解决烟道与炉底结渣问题,钙基添加剂只能解决炉底结渣但会造成严重的烟道结渣,铝基添加剂虽能达到与磷基相近的结果,但成本较高且作用效果随温度的升高而减弱。未来抗结渣生物质燃料的研究方向可从新型添加剂出发,寻找既可固定气相中的...
【文章来源】：洁净煤技术. 2020,26(01)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
秸秆在热转化过程中钾的迁移规律
硅酸钙的熔融点为1 540℃，通过添加含钙物质碳酸钙(图2)，使高温区反应时含硅物质更多与氧化钙反应，从而减少硅酸钾的生成。碳酸钙添加剂在825℃分解为CaO和CO2，并不影响位于500～800℃区域含钾气体的释放[80]。在800～1 200℃，CaO的存在使R7～R12反应减少，通过R18反应生成熔融点为1 540℃的硅酸钙，从而减缓了炉底结渣，而置换出来的钾离子以KOH(g)形式向上运动，进而改变500～800℃温度区域K/Cl的比例，造成更多的含钾物质以气体形式排出炉内，使烟道结渣更为严重[81]。钙基添加剂炉内反应如下:Xiong等[77]对燃烧过程中添加碳酸钙和高岭土的玉米秸秆结渣特性进行了研究，发现2种添加剂均可使熔融温度升高100～200℃，而碳酸钙比高岭土更能有效减少炉底结渣。Steenari等[71]也得到类似结果，当使用2种添加剂(石灰和高岭土)时获得了最佳的防炉底结渣效果，而单独使用石灰几乎可达到同样的效果。Bostrom等[70]研究了燕麦在水平燃烧器中的小规模燃烧，发现碳酸钙作为添加剂可增加熔融结渣，这个结果与碳酸钙阻止结渣形成的普遍观点不一致。上述不同的结果可能是由于不同的燃料性质或燃料灰分组成造成的。因此，考虑到生物质燃料成分的变化，钙基对结渣的影响需进一步研究。
添加含磷酸根离子物质磷酸或磷酸氢氨(图3)，磷酸根离子在500～800℃与KOH、KCl反应生成初始产物KH2PO4，将原本以气相形式逸出的含钾物质固定于固相中[83]。在900～1 200℃，KH2PO4与K2CO3、K2SO4发生R19、R20反应生成高熔融点物质K3PO4[84]。磷酸根离子会与绝大部分钾离子反应，基本排除了钾离子与硅反应生成硅酸钾，导致硅酸钾减少甚至消失，而且也极大地减少了气相中的含钾物质，烟道结渣与炉底结渣均可得到解决。磷基添加剂炉内反应如下:Wang等[79]在秸秆气化中分别添加磷基与钙基添加剂，研究表明，2种添加剂均具有抗结渣效果，添加磷基的产物灰中钾含量更高，抗结渣效果更好。Qi等[82]使用钙基与磷基结合即磷酸钙作为生物质燃烧添加剂，研究表明，钙基与磷基的结合并未影响2种添加剂的作用机理，且磷酸钙作为一个整体还会与含钾物质发生R21～R24反应，达到更好的固钾效果。磷基添加剂不仅解决了炉底硅酸钾导致的结渣问题，还可将大部分原本逸出炉外的含钾物质固定至灰中，减缓了因烟气中含钾过多导致的烟道结渣。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质成型燃料热解过程无机组分的析出特性[J]. 桑会英,杨伟,朱有健,成伟,杨海平,邵敬爱,陈汉平. 中国电机工程学报. 2018(09)
[2]高碱煤燃烧过程中结渣机理研究进展[J]. 江锋浩,张守玉,黄小河,李昊,王才威,张一帆,吕俊复. 煤炭转化. 2018(02)
[3]生物质供热国内外现状、发展前景与建议[J]. 别如山. 工业锅炉. 2018(01)
[4]成型生物质高温炭化及成型炭理化性能研究[J]. 吴顺延,张守玉,姚云隆,王才威. 热能动力工程. 2017(12)
[5]木屑制备高孔隙成型活性炭及Doehlert设计法优化[J]. 殷蒙蒙,唐瑞源,吕炳勇,乔英云,田原宇. 生物质化学工程. 2017(06)
[6]生物质炭化成型燃料燃烧性能的试验研究[J]. 侯宝鑫,张守玉,茆青,姚云隆,涂圣康,金涛. 太阳能学报. 2017(04)
[7]生物质灰结渣和腐蚀特性[J]. 李海英,张泽,姬爱民,赵荣煊,杨鹏. 环境工程技术学报. 2017(01)
[8]我国生物质能源发展现状与战略思考[J]. 闫金定. 林产化学与工业. 2014(04)
[9]磷酸法自成型木质颗粒活性炭的制备过程与机理研究(摘要)[J]. 林冠烽. 生物质化学工程. 2014(02)
[10]不同生物质灰的理化特性[J]. 肖瑞瑞,陈雪莉,王辅臣,于广锁. 太阳能学报. 2011(03)
硕士论文
[1]生物质锅炉受热面沉积机理与腐蚀特性研究[D]. 龚彬.浙江大学 2015
本文编号：3380624
【文章来源】：洁净煤技术. 2020,26(01)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
秸秆在热转化过程中钾的迁移规律
硅酸钙的熔融点为1 540℃，通过添加含钙物质碳酸钙(图2)，使高温区反应时含硅物质更多与氧化钙反应，从而减少硅酸钾的生成。碳酸钙添加剂在825℃分解为CaO和CO2，并不影响位于500～800℃区域含钾气体的释放[80]。在800～1 200℃，CaO的存在使R7～R12反应减少，通过R18反应生成熔融点为1 540℃的硅酸钙，从而减缓了炉底结渣，而置换出来的钾离子以KOH(g)形式向上运动，进而改变500～800℃温度区域K/Cl的比例，造成更多的含钾物质以气体形式排出炉内，使烟道结渣更为严重[81]。钙基添加剂炉内反应如下:Xiong等[77]对燃烧过程中添加碳酸钙和高岭土的玉米秸秆结渣特性进行了研究，发现2种添加剂均可使熔融温度升高100～200℃，而碳酸钙比高岭土更能有效减少炉底结渣。Steenari等[71]也得到类似结果，当使用2种添加剂(石灰和高岭土)时获得了最佳的防炉底结渣效果，而单独使用石灰几乎可达到同样的效果。Bostrom等[70]研究了燕麦在水平燃烧器中的小规模燃烧，发现碳酸钙作为添加剂可增加熔融结渣，这个结果与碳酸钙阻止结渣形成的普遍观点不一致。上述不同的结果可能是由于不同的燃料性质或燃料灰分组成造成的。因此，考虑到生物质燃料成分的变化，钙基对结渣的影响需进一步研究。
添加含磷酸根离子物质磷酸或磷酸氢氨(图3)，磷酸根离子在500～800℃与KOH、KCl反应生成初始产物KH2PO4，将原本以气相形式逸出的含钾物质固定于固相中[83]。在900～1 200℃，KH2PO4与K2CO3、K2SO4发生R19、R20反应生成高熔融点物质K3PO4[84]。磷酸根离子会与绝大部分钾离子反应，基本排除了钾离子与硅反应生成硅酸钾，导致硅酸钾减少甚至消失，而且也极大地减少了气相中的含钾物质，烟道结渣与炉底结渣均可得到解决。磷基添加剂炉内反应如下:Wang等[79]在秸秆气化中分别添加磷基与钙基添加剂，研究表明，2种添加剂均具有抗结渣效果，添加磷基的产物灰中钾含量更高，抗结渣效果更好。Qi等[82]使用钙基与磷基结合即磷酸钙作为生物质燃烧添加剂，研究表明，钙基与磷基的结合并未影响2种添加剂的作用机理，且磷酸钙作为一个整体还会与含钾物质发生R21～R24反应，达到更好的固钾效果。磷基添加剂不仅解决了炉底硅酸钾导致的结渣问题，还可将大部分原本逸出炉外的含钾物质固定至灰中，减缓了因烟气中含钾过多导致的烟道结渣。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质成型燃料热解过程无机组分的析出特性[J]. 桑会英,杨伟,朱有健,成伟,杨海平,邵敬爱,陈汉平. 中国电机工程学报. 2018(09)
[2]高碱煤燃烧过程中结渣机理研究进展[J]. 江锋浩,张守玉,黄小河,李昊,王才威,张一帆,吕俊复. 煤炭转化. 2018(02)
[3]生物质供热国内外现状、发展前景与建议[J]. 别如山. 工业锅炉. 2018(01)
[4]成型生物质高温炭化及成型炭理化性能研究[J]. 吴顺延,张守玉,姚云隆,王才威. 热能动力工程. 2017(12)
[5]木屑制备高孔隙成型活性炭及Doehlert设计法优化[J]. 殷蒙蒙,唐瑞源,吕炳勇,乔英云,田原宇. 生物质化学工程. 2017(06)
[6]生物质炭化成型燃料燃烧性能的试验研究[J]. 侯宝鑫,张守玉,茆青,姚云隆,涂圣康,金涛. 太阳能学报. 2017(04)
[7]生物质灰结渣和腐蚀特性[J]. 李海英,张泽,姬爱民,赵荣煊,杨鹏. 环境工程技术学报. 2017(01)
[8]我国生物质能源发展现状与战略思考[J]. 闫金定. 林产化学与工业. 2014(04)
[9]磷酸法自成型木质颗粒活性炭的制备过程与机理研究(摘要)[J]. 林冠烽. 生物质化学工程. 2014(02)
[10]不同生物质灰的理化特性[J]. 肖瑞瑞,陈雪莉,王辅臣,于广锁. 太阳能学报. 2011(03)
硕士论文
[1]生物质锅炉受热面沉积机理与腐蚀特性研究[D]. 龚彬.浙江大学 2015
本文编号：3380624
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3380624.html
