農(nóng)業(yè)廢棄物被視為重要的生物質(zhì)資源,主要用以供熱和發(fā)電。然而,這些生物質(zhì)中堿金屬元素含量普遍較高,在燃燒利用過程中堿金屬容易與其它成灰元素(如氯、硅)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成低熔點(diǎn)的物質(zhì)而造成鍋爐受熱面結(jié)渣。這已經(jīng)成為了限制生物質(zhì)能源資源化利用的重要因素之一。因此研究生物質(zhì)燃燒過程中堿金屬的遷移規(guī)律以及堿金屬對結(jié)渣的影響具有重要意義。 本文選用稻草秸稈作為研究對象,利用化學(xué)平衡軟件FactSage中平衡模塊EQUILIB對秸稈燃燒過程進(jìn)行熱力學(xué)模擬,得出燃燒產(chǎn)物中堿金屬化合物的種類及其存在的狀態(tài)。計算過程考慮了燃燒溫度、爐內(nèi)壓力、過量空氣系數(shù)、燃料中硫元素的含量和氯元素含量五個因素對堿金屬遷移及鍋爐結(jié)渣特性的影響。結(jié)果表明,堿金屬元素主要以氯化物的形式析出進(jìn)入氣相,且在500-1150℃溫度范圍內(nèi)KCl(g)和NaCl(g)的生成量隨溫度的升高不斷增大。過量空氣系數(shù)在1.1-2范圍內(nèi)時,增大爐內(nèi)O2濃度(即富氧燃燒)能夠降低熔融態(tài)物質(zhì)的生成總量,對緩解生物質(zhì)鍋爐結(jié)渣起到積極的作用。在0-0.2MPa范圍內(nèi)增大反應(yīng)壓力,或者適當(dāng)增大燃料中S的含量都能夠起到抑制堿金屬氣相析出的作用。另外,一定范圍內(nèi)增大燃料中的C1含量將促進(jìn)HCl(g)和C12(g)的生成,這可能會加重鍋爐受熱面的腐蝕問題。 通過馬弗爐焚燒實(shí)驗(yàn)獲得不同工況下的秸稈燃燒產(chǎn)物,并使用原子吸收光譜儀檢測秸稈原料及其燃燒殘留物中的堿金屬含量。結(jié)果表明,秸稈燃燒過程中Na比K更容易析出進(jìn)入氣相。在650-850℃范圍內(nèi),升高溫度能促進(jìn)氣態(tài)堿金屬化合物的生成。在生物質(zhì)燃料中添加高嶺土有抑制K元素析出的作用,高嶺土可能與低熔點(diǎn)堿金屬鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成了新的高熔點(diǎn)物質(zhì),從而達(dá)到緩解結(jié)渣的目的。添加CaO和MgO能夠促進(jìn)堿金屬向氣態(tài)遷移,減少低熔點(diǎn)堿金屬硅酸鹽的生成量,因此有利于控制結(jié)渣的生成。本研究對解決生物質(zhì)燃燒過程中的堿金屬問題及促進(jìn)生物質(zhì)資源化利用具有一定的實(shí)際價值。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：TK6
【部分圖文】：

圖2-1氣態(tài)堿金屬氯化物的生成量隨溫度變化規(guī)律圖2-1表明，在500-115(rC溫度范圍內(nèi)，稻草稻稈燃燒后生成的氣相產(chǎn)物中，堿金屬元素主要以Ka(g)、（KCl)2(g)、NaCl(g)和(NaCl)2(g)的形式存在，圖2-1 (a)表示KCl(g)和(KClMg)生成量的變化，圖2-1 (b)表示NaCl(g)和(NaCl)2(g)生成量的變化。氣態(tài)氯化鉀生成量的變化規(guī)律與氣態(tài)氯化鈉一致，并且其中KCl(g)和的生成量大約是NaCl(g)生成量的10倍，這是由于本身稻草原料中鉀的含量就高于鈉5倍左右。溫度在500-700°C范圍內(nèi)時，K和Na以氣態(tài)氯化物形式析出較為緩慢

圖2-4氣態(tài)HC1和Ch的生成*隨溫度變化規(guī)律在500-1150°C溫度范圍內(nèi)，稻草稻桿燃燒生成HCl(g)和Cl2(g)的摩爾量如圖2-4所示。生物質(zhì)中所含的C1元素除了能以KCl(g)和NaCl(g)的形式析出以外，還能形成HCl(g)和Cl2(g)，且HCl(g)和a2(g)的生成量隨溫度的升高先增大后減小，在800-85(rC左右達(dá)到最大值。當(dāng)溫度低于850°C時，升高溫度可以促進(jìn)HCl(g)和Cl2(g)的生成，而溫度高于85(rC時，大量的KCl(g)和NaCl(g)析出，而C1元素作為堿金屬元素析出的載體

圖2-5氣態(tài)氣化鉀的生成irf：隨過量空氣系數(shù)變化規(guī)律圖2-5表明，溫度為70(rC時，在02充足的情況下IKg稻草燃燒后生成的氣相產(chǎn)物中，鉀元素主要以KCl(g)和(KCl)2(g)的形式存在，其中KCl(g)的生成量為0.48X104mol左右，（KClMg)的生成量為0.13X10.4mol左右，其變化趨勢均為隨著過量空氣系數(shù)的增大，氣態(tài)氯化鉀的生成量逐漸減少，說明增大02濃度可以抑制鉀元素以氯化物的形式析出進(jìn)入氣相。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過量空氣系數(shù)SI 2-6氣態(tài)氯化鈉的生成量隨過攝空氣系數(shù)變化規(guī)律圖2-6表明
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2882380