發(fā)布時(shí)間：2020-11-13 16:24

　　 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(duì)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(duì)象,利用化學(xué)平衡軟件FactSage中平衡模塊EQUILIB對(duì)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(jì)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(gè)因素對(duì)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(shí),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(duì)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(huì)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(cè)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(duì)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(jià)值。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shì)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(hào)：2882380