【摘要】：生物質(zhì)能源是一種儲(chǔ)量大、可再生的潔凈能源，有著多種轉(zhuǎn)化利用方式，為緩解當(dāng)今世界日益嚴(yán)峻的能源問題與環(huán)境壓力提供了一條有利途徑。在眾多生物質(zhì)熱化學(xué)利用方式中生物質(zhì)燃燒是一種重要的途徑，同時(shí)生物質(zhì)高效燃燒利用影響因素也得到了越來越多的關(guān)注，而堿金屬/堿土金屬作為生物質(zhì)內(nèi)富含的元素，在燃燒利用過程中可能存在床料聚團(tuán)、受熱面沾污腐蝕、結(jié)渣以及沉積等多種問題，成為阻礙生物質(zhì)燃料廣泛利用的主要因素之一。因此了解堿金屬在燃燒過程中的行為及影響，掌握其析出和轉(zhuǎn)化的規(guī)律，對解決堿金屬問題具有極其重要的意義。 本文研究重點(diǎn)在生物質(zhì)燃燒過程中堿金屬的遷移。在大量文獻(xiàn)綜述與對比分析的基礎(chǔ)上，歸納了國內(nèi)外在生物質(zhì)能能源化利用過程中堿金屬相關(guān)問題的研究成果。通過管式爐燃燒試驗(yàn)，結(jié)合FactSage化學(xué)熱力平衡軟件模擬生物質(zhì)燃燒過程中堿金屬的遷移過程，找到生物質(zhì)燃燒過程中堿金屬遷移規(guī)律，同時(shí)研究了堿金屬對生物質(zhì)燃燒的催化影響，為減輕生物質(zhì)利用過程中堿金屬問題提供理論依據(jù)。 通過生物質(zhì)燃燒熱重實(shí)驗(yàn)，探討研究不同氣氛、升溫速率及催化劑對生物質(zhì)物質(zhì)催化燃燒的影響。分析表明高升溫率將加重?zé)釡蟋F(xiàn)象，并且富氧對后段固定碳的燃燒促進(jìn)作用有限。催化劑能使燃燒速率增加、著火點(diǎn)提前，有利于燃燒的進(jìn)行和充分燃燒。添加催化劑后樣品燃燒活化能降低主要發(fā)生在轉(zhuǎn)率α小于0.6區(qū)間，CuO的效果最明顯，最大下降值為66.41Kj/mol，添加劑降低活化能主要是由于對揮發(fā)份的析出和燃燒催化作用。同時(shí)催化劑對于固定碳燃燒的催化作用不大，催化劑能夠促使固定碳開始燃燒，能將固定碳燃燒提前至與揮發(fā)份燃燒大時(shí)間段重合。 通過秸稈管式爐燃燒實(shí)驗(yàn)，研究秸稈基本燃燒特性，檢測燃燒殘留物中堿金屬分布。分析表明，秸稈中固定碳和揮發(fā)份的兩種不同的燃燒特性，揮發(fā)份具有非�？烊紵俣龋潭ㄌ嫉娜紵鄬^慢，而且溫度越低，固定碳燃燒越向后遲延，可以通過控制反應(yīng)器溫度來實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)秸稈低溫氣相燃燒和高溫固相燃燒的分離。 低溫段或者燃燒初始階段，鉀元素析出規(guī)律與揮發(fā)份析出接近，研究認(rèn)為熱穩(wěn)定性差的有機(jī)鉀是隨生物質(zhì)揮發(fā)份快速析出；而高溫階段，鉀釋放速度明顯減慢，主要是因?yàn)檎羝麎旱纳叽偈光浽匾詿o機(jī)鹽蒸汽的形式逃逸。燃燒殘留物分析表明，燃燒殘留物中堿氯摩爾比大于1，并且是隨著溫度的提高出現(xiàn)上升趨勢，表明氯具有比堿金屬更高的揮發(fā)性。同時(shí)XRD分析表明，KCl和K2SO4是生物質(zhì)秸稈燃燒殘?jiān)袎A金屬主要存在形式，并且生物質(zhì)秸稈燃燒過程中的堿金屬的蒸發(fā)可能主要是以KCl和K2SO4蒸汽的形式向氣相中遷移，并以KCl遷移為主。 FactSage模擬可從熱平衡角度計(jì)算秸稈燃燒過程中可能的燃燒產(chǎn)物及其分布。結(jié)果表明，低溫有利于鉀元素以水溶鹽的形式固留在生物質(zhì)殘留物中，低溫下鉀K主要以KCl(s)、K_2SO_4(s)、K_2Si_4O_9(s)固態(tài)形式存在，隨溫度的升高，由于KCl蒸汽壓的增加，KCl(s)向KCl(g)、(KCl)_2(g)和KCl(salat)轉(zhuǎn)化。同時(shí)，生物質(zhì)內(nèi)部高硅含量或者認(rèn)為摻混硅添加劑將有利于抑制氣態(tài)K的釋放，將堿金屬固留在殘?jiān)校⑶以?50～800℃溫度范圍內(nèi)K2SO4與KCl之間的低溫共熔現(xiàn)象對于低溫下的粘結(jié)也有部分貢獻(xiàn)。 變工況模擬結(jié)果表明：隨著氧濃度的提高，將有利于減弱中溫段（低于750℃）堿金屬向氣相遷移，并且能夠降低腐蝕性氣體HCl生成，有利于減輕受熱熱面的積灰、結(jié)渣和腐蝕問題。同時(shí)由于高溫度段氣相氯含量變化不大，故高溫段提高秸稈燃燒氣氛氧濃度對于解決腐蝕問題沒有特別重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TK6
【圖文】：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，人類傳統(tǒng)的能源來源，煤、石油以及天然氣等化石燃料的儲(chǔ)量不斷下降，終有耗盡的那一天。同時(shí)，使用這些化石燃料的過程中會(huì)排放大量的溫室氣體、粉塵等，使我們的生態(tài)系統(tǒng)變得異常脆弱。由于CO 、CH2 4等溫室氣體排放導(dǎo)致的全球變暖問題逐步惡化，其中CO2不但具有較長的壽命且排放量巨大而對于溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)最多，最具有代表性。資源與環(huán)境的雙重壓力迫使人類尋找能為先進(jìn)的清潔的能源技術(shù)。圖 1-1 為國際能源信息署針對各項(xiàng)新型清潔能源利用技術(shù)對于減排CO2貢獻(xiàn)的評(píng)估[1 ]。其中到 2050 年全球碳排放由 2005 年的 28Gt減為 14Gt。由圖中可見，除提高終端能源和電力效率及推廣碳捕捉和儲(chǔ)存技術(shù)能大幅減排CO2外，可在生能源的大規(guī)模利用對減排CO2的貢獻(xiàn)達(dá)到 17%。可見，可再生能源無論從能源安全供給還是從環(huán)境保護(hù)方面都較好的滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，是 21 世紀(jì)世界能源供給的另一座寶庫。而在這之中生物質(zhì)作為一種可再生清潔能源體現(xiàn)了很大的優(yōu)勢。經(jīng)過光合作用，以化學(xué)態(tài)能量存在于有機(jī)物中的能就是生物質(zhì)能。它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，在整個(gè)能源消耗系統(tǒng)中占有重要地位。

圖 1-5 美國 2010 年可再生能源供求結(jié)構(gòu)Fig.1-5 Renewable energy consumption in the USA’s energy supply, 20104

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2737137