添加劑對(duì)生物質(zhì)燃燒灰沉積和腐蝕特性的影響規(guī)律研究.pdf

1、能源與環(huán)境是世界各國(guó)重點(diǎn)關(guān)注的問題，發(fā)展可再生能源中的生物質(zhì)能是當(dāng)前國(guó)際熱點(diǎn)趨勢(shì)之一。由于生物質(zhì)含有大量的堿金屬和氯元素，在鍋爐燃燒過程中會(huì)造成受熱面嚴(yán)重的積灰和腐蝕問題，限制了生物質(zhì)能的大規(guī)模利用。加入添加劑可以有效減輕生物質(zhì)燃燒造成的灰沉積和腐蝕問題。本文選用了Al2O3、SiO2、CaO、高嶺土及褐煤作為添加劑，試驗(yàn)研究了添加劑對(duì)生物質(zhì)燃燒灰沉積和腐蝕的影響規(guī)律。同時(shí)利用FactSage軟件模擬生物質(zhì)燃燒熱力平衡過程，研究了添加不

2、同元素對(duì)生物質(zhì)燃燒過程中鉀和氯分布形態(tài)的影響。
　　 利用一維沉降爐進(jìn)行生物質(zhì)燃燒灰沉積試驗(yàn)，在玉米桿中分別加入不同添加劑，燃燒后收集取樣探針上沉積灰，利用SEM、EDS及XRD檢測(cè)手段分別對(duì)沉積灰的形貌、組分和物相進(jìn)行分析和研究。結(jié)果表明:燃燒玉米桿產(chǎn)生的沉積灰主要成分為堿金屬氯化物KCl，沉積灰灰粒徑小，結(jié)構(gòu)緊湊且相互粘結(jié)聚團(tuán)。沉積灰中KCl含量越多，灰熔點(diǎn)越低，灰沉積越嚴(yán)重;添加劑Al2O3能有效的減少沉積灰中KCl的含量

3、，Al2O3能和SiO2一起將KCl轉(zhuǎn)化為硅鋁酸鉀化合物;單獨(dú)添加SiO2不能大幅減少沉積灰中KCl的含量;添加劑高嶺土減少沉積灰中KCl含量的機(jī)理與Al2O3相同，但添加高嶺土對(duì)降低KCl在沉積灰中含量的作用更有效;添加劑CaO積灰量沒有減少，但CaO會(huì)轉(zhuǎn)化一些熔點(diǎn)低的化合物而生成熔點(diǎn)高的化合物，防止了灰的燒結(jié)，使得積灰變得疏松。
　　 利用管式爐試驗(yàn)臺(tái)研究了不同添加劑對(duì)生物質(zhì)灰腐蝕特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:不同添加劑作用下的

4、腐蝕增重曲線均符合拋物線規(guī)律;鍋爐過熱器處的腐蝕以積灰腐蝕為主，影響燃料灰腐蝕性的主要因素是灰中KCl的含量;含鋁添加劑Al2O3有較好的效果，添加Al2O3后灰的腐蝕性大大減弱，添加CaO后灰的腐蝕性反而增強(qiáng)。利用SEM、EDS及XRD檢測(cè)手段對(duì)腐蝕后的灰樣和金屬試樣進(jìn)行微觀分析。結(jié)果表明:金屬腐蝕層主要成分是Fe2O3和Fe3O4，其含量越高金屬被腐蝕氧化的程度越高，金屬表面產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕比均勻腐蝕更有破壞性;不管是否靠近金屬基體，腐

5、蝕氧化層內(nèi)都存在Cl元素，Cl離子容易穿透金屬氧化層與金屬基體發(fā)生氧化反應(yīng)，因此通過添加劑來降低灰中Cl的含量是減輕腐蝕最有效的方法。
　　 利用FactSage軟件中Equilib模型模擬玉米桿燃燒過程，探討不同添加劑作用下，隨著反應(yīng)溫度變化K和Cl主要分布形態(tài)以及相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，并研究了添加量變化時(shí)氣相中KCl(g)和HCl含量變化的規(guī)律。結(jié)果表明:燃燒玉米桿時(shí)，氣相中K和Cl主要以KCl(g)形式出現(xiàn)，KCl生成量會(huì)隨著反

6、應(yīng)溫度的升高而增加，KCl(g)濃度增加會(huì)導(dǎo)致煙氣流經(jīng)受熱面時(shí)，更多的KCl凝結(jié)沉積于受熱面上，沉積灰中的KCl含量增加。因此通過加入添加劑來減輕氣態(tài)KCl的濃度，就能減少KCl的沉積，進(jìn)而有效改善爐內(nèi)積灰和腐蝕狀況。添加Al會(huì)降低氣相KCl(g)含量，其中的Cl元素會(huì)以HCl形式析出，添加Al后會(huì)使固相中硅酸鉀化合物轉(zhuǎn)化為硅鋁酸鉀化合物;添加Si雖然能降低氣相KCl(g)含量，但硅的加入使得熔融態(tài)K2Si4O9(1)的含量大幅增加;添

7、加Ca元素能將氣相中HCl全部轉(zhuǎn)化，但會(huì)使氣相中的KCl(g)增加，高溫環(huán)境下Ca更易與Si結(jié)合成硅酸鈣化合物，阻止了熔融態(tài)硅酸鉀化合物的出現(xiàn);同時(shí)添加Si、Al，對(duì)于氣相中的KCl(g)抑制效果明顯，特別是硅鋁摩爾比為0.5和1.0時(shí)，隨著添加量的增加氣相中的KCl(g)含量會(huì)逐漸降為0，但硅鋁摩爾比大于1時(shí)，KCl(g)不會(huì)降到0;同時(shí)添加Ca、Si、Al，Ca會(huì)與Si、Al結(jié)合生成硅酸鈣化合物或硅鋁酸鈣化合物，影響Ca對(duì)HCl的轉(zhuǎn)