磷酸二氫銨對(duì)生物質(zhì)固鉀、灰熔融及燃燒特性的影響研究.pdf

1、生物質(zhì)直燃發(fā)電是生物質(zhì)能規(guī)?；玫闹饕夹g(shù)之一，但是由于生物質(zhì)本身的以鉀元素為代表的堿金屬含量較高，由此容易引起燃用生物質(zhì)的鍋爐積灰、結(jié)渣、腐蝕等問(wèn)題。本文選用5種典型生物質(zhì)，通過(guò)模擬及實(shí)驗(yàn)方式研究了磷酸二氫銨(ADP)對(duì)生物質(zhì)燃燒特性、固鉀及灰熔融性的影響。
　　(1)采用熱力學(xué)平衡計(jì)算軟件FactSage模擬探究生物質(zhì)燃燒煙氣氛圍中ADP脫除KCl的效果，包括ADP的添加量對(duì)脫除KCl的影響和溫度對(duì)ADP脫除KCl的影響。結(jié)

2、果表明:在700～1000℃溫度范圍內(nèi)，ADP脫除KCl的主要產(chǎn)物為磷酸氫二鉀(PHP)，KCl轉(zhuǎn)化率隨磷鉀摩爾比(α）增大而增大，PHP的生成率隨著溫度的增加而增加。在不同反應(yīng)溫度下，最佳α=0.5; ADP與KCl的反應(yīng)溫度窗口較寬，在700～900℃的溫度范圍下ADP對(duì)KCl有很好的脫除效果;但溫度高于900℃時(shí)，反應(yīng)效果顯著降低。
　　(2)采用沉降爐系統(tǒng)探究反應(yīng)時(shí)間(t)、反應(yīng)溫度(T)、磷鉀摩爾比(α)對(duì)ADP與KCl

3、的反應(yīng)特性的影響。結(jié)果表明ADP可以與KCl反應(yīng)生成多磷酸鉀鹽、磷酸氫鉀鹽和磷酸二氫銨鉀鹽。相同的T下，當(dāng)α＜1.0時(shí)，產(chǎn)物主要以磷酸鹽、偏磷酸鹽、聚磷酸鹽或高聚磷酸鹽為主;而在α＞1.0時(shí)的情況下，產(chǎn)物主要為磷酸氫鹽、磷酸氫銨鹽和過(guò)量的未參與反應(yīng)的ADP。即ADP的添加量對(duì)最終反應(yīng)產(chǎn)組成形式的影響要大于反應(yīng)時(shí)間的影響。在t=1 s的時(shí)候，兩組反應(yīng)均檢測(cè)出了KCl的存在，而在t=2 s的時(shí)候，兩組反應(yīng)均未檢測(cè)到KCl的存在，說(shuō)明KCl的

4、反應(yīng)程度受t的影響大于受α的影響。
　　(3)在固定床反應(yīng)系統(tǒng)上用稻桿(RS)與ADP在空氣氛圍中不同溫度下的燃燒反應(yīng)來(lái)探究ADP在不同溫度下對(duì)生物質(zhì)燃燒中固鉀特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在α=1.0、T=700℃和T=900℃時(shí)固鉀率（η）分別達(dá)到23.1％和21.0％，比原始稻桿η提高了55.1％和63.1％;而T=500℃時(shí)，η比原始秸稈η無(wú)明顯提高。固鉀增長(zhǎng)率（β)在500℃時(shí)很小，即加入ADP后固鉀的效果不明顯。但當(dāng)T=7

5、00℃及T=900℃時(shí)β分別為55.06％和63.11％，表明ADP在燃燒過(guò)程中固鉀性能良好，β隨著溫度的增加而增大。
　　(4)采用灰熔點(diǎn)測(cè)定儀探究ADP對(duì)生物質(zhì)灰熔融性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，5種典型生物質(zhì)在添加ADP之后灰熔融性有了不同程度的改善。對(duì)于含鉀量較大的草本植物（玉米桿、棉桿和稻桿）加入ADP可大幅提高特征熔融溫度，α=1.0時(shí)，其流動(dòng)溫度分別提高到1475℃、1380℃和1500℃;而對(duì)于含鉀量較低的木本植物（楊木

6、和松木），加入ADP提高特征熔融溫度的幅度較小。實(shí)驗(yàn)采用SEM觀察生物質(zhì)灰的微觀形貌并結(jié)合K-Ca-P三相圖分析生物質(zhì)成灰機(jī)制，得出ADP的加入可以抑制生物質(zhì)灰的表面熔融現(xiàn)象，改善成灰特性，并且隨著溫度的升高ADP的固定鉀的能力逐漸加強(qiáng)，且改善生物質(zhì)灰熔融性的效果與生物質(zhì)含鉀量呈正相關(guān)。
　　(5)采用TG/DTG分析了ADP對(duì)生物質(zhì)的燃燒特性的影響，結(jié)果表明:5種生物質(zhì)原樣具有相似的燃燒特性。加入ADP后生物質(zhì)的DTG曲線變得更

7、加平緩、穩(wěn)定，表明顯加入ADP的生物質(zhì)樣品燃燒更加的緩和均勻;ADP本身具有阻燃作用，提高了生物質(zhì)的燃盡溫度及降低生物質(zhì)燃燒指數(shù)。
　　(6)對(duì)生物質(zhì)及其添加ADP的試樣進(jìn)行燃燒動(dòng)力學(xué)分析的結(jié)果表明，ADP的加入能夠降低生物質(zhì)燃燒過(guò)程中低溫段的活化能，同時(shí)使生物質(zhì)高溫段燃燒的頻率因子減少，降低了反應(yīng)活性。
　　本研究結(jié)果為生物質(zhì)燃燒中鉀元素轉(zhuǎn)化捕集和改善灰熔融性提供一定的理論基礎(chǔ)，對(duì)研究生物質(zhì)成型燃料添加劑，以及解決堿金屬所