生物質(zhì)作為價(jià)格低廉、來源廣泛的綠色能源,具有巨大的利用潛力。但由于生物質(zhì)本身堿金屬（主要為鉀）含量較高,在燃燒利用過程中存在如堿結(jié)渣、灰分融合、團(tuán)聚、腐蝕等問題。其中,結(jié)渣存在于整個(gè)生物質(zhì)利用過程中,形成極難處理的結(jié)塊與沉淀,對(duì)鍋爐本身及運(yùn)行造成危害。因此,抗結(jié)渣生物質(zhì)燃料是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)高效利用的可行手段。目前可通過添加劑、共燃、化學(xué)預(yù)處理、涂層等方式改變生物質(zhì)利用過程中堿金屬氯化物、硫酸鹽、硅酸鹽的生成和轉(zhuǎn)化途徑,以解決生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化利用過程中的結(jié)渣問題。其中利用添加劑與生物質(zhì)受熱反應(yīng)生成新的高熔融點(diǎn)產(chǎn)物的處理方式具有較好抗結(jié)渣效果。筆者介紹了生物質(zhì)中堿金屬的存在形式及其熱轉(zhuǎn)化過程中鉀的釋放路徑、遷移規(guī)律,概括了生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化利用過程中的結(jié)渣機(jī)制,總結(jié)了鋁基、鈣基、磷基3種添加劑在生物質(zhì)抗結(jié)渣過程中的作用機(jī)理。使用添加劑可使生物質(zhì)燃料達(dá)到較好的抗結(jié)渣效果,磷基添加劑可較好地解決煙道與爐底結(jié)渣問題,鈣基添加劑只能解決爐底結(jié)渣但會(huì)造成嚴(yán)重的煙道結(jié)渣,鋁基添加劑雖能達(dá)到與磷基相近的結(jié)果,但成本較高且作用效果隨溫度的升高而減弱。未來抗結(jié)渣生物質(zhì)燃料的研究方向可從新型添加劑出發(fā),尋找既可固定氣相中的... 

【文章來源】：潔凈煤技術(shù). 2020,26(01)

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

秸稈在熱轉(zhuǎn)化過程中鉀的遷移規(guī)律

硅酸鈣的熔融點(diǎn)為1 540℃，通過添加含鈣物質(zhì)碳酸鈣(圖2)，使高溫區(qū)反應(yīng)時(shí)含硅物質(zhì)更多與氧化鈣反應(yīng)，從而減少硅酸鉀的生成。碳酸鈣添加劑在825℃分解為CaO和CO2，并不影響位于500～800℃區(qū)域含鉀氣體的釋放[80]。在800～1 200℃，CaO的存在使R7～R12反應(yīng)減少，通過R18反應(yīng)生成熔融點(diǎn)為1 540℃的硅酸鈣，從而減緩了爐底結(jié)渣，而置換出來的鉀離子以KOH(g)形式向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而改變500～800℃溫度區(qū)域K/Cl的比例，造成更多的含鉀物質(zhì)以氣體形式排出爐內(nèi)，使煙道結(jié)渣更為嚴(yán)重[81]。鈣基添加劑爐內(nèi)反應(yīng)如下:Xiong等[77]對(duì)燃燒過程中添加碳酸鈣和高嶺土的玉米秸稈結(jié)渣特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)2種添加劑均可使熔融溫度升高100～200℃，而碳酸鈣比高嶺土更能有效減少爐底結(jié)渣。Steenari等[71]也得到類似結(jié)果，當(dāng)使用2種添加劑(石灰和高嶺土)時(shí)獲得了最佳的防爐底結(jié)渣效果，而單獨(dú)使用石灰?guī)缀蹩蛇_(dá)到同樣的效果。Bostrom等[70]研究了燕麥在水平燃燒器中的小規(guī)模燃燒，發(fā)現(xiàn)碳酸鈣作為添加劑可增加熔融結(jié)渣，這個(gè)結(jié)果與碳酸鈣阻止結(jié)渣形成的普遍觀點(diǎn)不一致。上述不同的結(jié)果可能是由于不同的燃料性質(zhì)或燃料灰分組成造成的。因此，考慮到生物質(zhì)燃料成分的變化，鈣基對(duì)結(jié)渣的影響需進(jìn)一步研究。

添加含磷酸根離子物質(zhì)磷酸或磷酸氫氨(圖3)，磷酸根離子在500～800℃與KOH、KCl反應(yīng)生成初始產(chǎn)物KH2PO4，將原本以氣相形式逸出的含鉀物質(zhì)固定于固相中[83]。在900～1 200℃，KH2PO4與K2CO3、K2SO4發(fā)生R19、R20反應(yīng)生成高熔融點(diǎn)物質(zhì)K3PO4[84]。磷酸根離子會(huì)與絕大部分鉀離子反應(yīng)，基本排除了鉀離子與硅反應(yīng)生成硅酸鉀，導(dǎo)致硅酸鉀減少甚至消失，而且也極大地減少了氣相中的含鉀物質(zhì)，煙道結(jié)渣與爐底結(jié)渣均可得到解決。磷基添加劑爐內(nèi)反應(yīng)如下:Wang等[79]在秸稈氣化中分別添加磷基與鈣基添加劑，研究表明，2種添加劑均具有抗結(jié)渣效果，添加磷基的產(chǎn)物灰中鉀含量更高，抗結(jié)渣效果更好。Qi等[82]使用鈣基與磷基結(jié)合即磷酸鈣作為生物質(zhì)燃燒添加劑，研究表明，鈣基與磷基的結(jié)合并未影響2種添加劑的作用機(jī)理，且磷酸鈣作為一個(gè)整體還會(huì)與含鉀物質(zhì)發(fā)生R21～R24反應(yīng)，達(dá)到更好的固鉀效果。磷基添加劑不僅解決了爐底硅酸鉀導(dǎo)致的結(jié)渣問題，還可將大部分原本逸出爐外的含鉀物質(zhì)固定至灰中，減緩了因煙氣中含鉀過多導(dǎo)致的煙道結(jié)渣。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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