生物质热化学转化过程中碱金属分布及迁移特性

生物质能源具有分布广泛,总量巨大,H/C比高的优点。对其充分利用可有效缓解当下的化石能源危机,还可以为“碳达峰”及“碳中和”目标做贡献。但在其综合利用过程中,其中含有的碱金属元素会带来诸多问题,严重制约生物质热化学转化利用的发展。主要综述生物质热化学转化过程中碱金属的迁移特性,对生物质热转化中碱金属分析理论技术、生物质中碱金属含量及赋存形态、碱金属迁移转化影响因素进行论述,并对生物质内碱金属元素的赋存形态区分、碱金属释放的原位检测技术以及碱金属迁移转化过程中各反应之间竞争及促进作用进行总结和展望。     

生物质热化学转化过程中碱金属问题的相关研究

介绍了生物质中碱金属元素的存在形态及其测定方法,分析了生物质热化学转化过程中碱金属的析出、迁移规律及其影响因素。最后提出了几种减轻碱金属问题的措施,指出了今后的研究方向,为生物质的开发利用提供有价值的参考。     

生物质燃烧过程中的碱金属问题研究

在明确了生物质燃料特点的基础上,对生物质中碱金属元素的来源和析出迁移规律进行了概述。归纳出碱金属引起的腐蚀、聚团和沉积问题,并分析了引起这些问题的影响因素。指出解决生物质碱金属问题的四种常用方法,并总结了碱金属研究过程中存在的问题。     

富磷添加剂对生物质燃烧中积灰结渣和腐蚀作用的探析

文章探讨了富磷添加剂对生物质燃烧过程中锅炉受热面积灰、结渣和腐蚀的作用机理,分析了其作用效果,考察了燃烧温度、燃烧气氛、生物质种类、Ca/K摩尔比、P/K摩尔比等主要因素对作用效果的影响规律。结果表明,富磷添加剂可以将烟气中的碱金属(主要是钾)和氯元素固定于底灰中,生成高熔点化合物,减轻碱金属熔融结渣和氯腐蚀。同时,添加剂改变了灰的物理和化学性质,使灰松软不易烧结,从而有效减轻了生物质燃烧过程中锅炉受热面的积灰、结渣和腐蚀。     

硅和硅铝化合物对生物质结渣影响的机理研究

生物质由于含有较多碱金属,燃烧会导致设备结渣。文章研究了硅和硅铝化合物对生物质结渣影响的机理,结果表明,硅和硅铝化合物会使生物质燃烧时可溶性K倾向于转变为不可溶性的硅酸盐和硅铝酸盐,而该过程反应与纯生物质燃烧过程反应相同。在流化床炉温(815℃)附近时,硅化合物容易使灰中生成低熔点的K的硅酸盐,低温熔融结渣可能性增大,选择其作为结渣抑制剂需要慎重。在层燃炉炉温(1 000℃)附近时,硅铝化合物既可减轻碱金属结渣又使灰不易结渣聚团,是层燃炉优良的结渣抑制剂。     

稻秸秆气化过程中碱金属K的迁移释放特性

生物质的广泛利用减缓了环境恶化,但其较高的碱金属含量会导致气化过程中碱金属的析出,从而引起受热面高温腐蚀、细颗粒排放污染,研究碱金属的释放及赋存形态的转化有助于解决问题。在小型流化床上进行变工况气化实验,将稻壳原样和气化飞灰进行化学分馏以测定各形态K元素的含量,探究温度和气化当量比对K元素的迁移释放的影响。研究发现温度的升高和气化当量比的增加都会促使K元素的气相释放比例增加,水溶态的含量减少,且温度对于K元素的迁移释放的影响比气化当量比更显著。     

生物质直燃与气化对碳化硅石墨坩埚腐蚀的影响

文章以生物质颗粒为燃料,分别利用生物质燃烧机和上吸式气化炉对碳化硅石墨坩埚进行加热,并研究了生物质中富含的碱金属在迁移过程中对碳化硅坩埚腐蚀情况的影响。研究结果表明:与坩埚原样相比,以上吸式气化炉作为热源时,损坏的坩埚中仅O元素的含量出现了明显增加,而以生物质燃烧机作为热源时,损坏的坩埚中K,Na和O元素的含量均出现了大幅度增加;上吸式气化炉对碳化硅石墨坩埚的腐蚀机理是高温氧化腐蚀,而生物质燃烧机对碳化硅石墨坩埚的腐蚀机理是基于高温氧化腐蚀的碱金属腐蚀。以生物质作为燃料时,上吸式气化炉特有的对碱金属的过滤滞留效应减轻了碱金属对坩埚的腐蚀程度,从而使上吸式气化炉在有色金属冶炼领域中具有更理想的应用前景。     

生物质热解过程气体产物释放特性的研究

生物质热解是一种重要的热转化技术,同时也是生物质气化、燃烧与液化等热转化过程的初始阶段,因此生物质热解的研究具有很好的理论意义与应用前景。基于这样的背景,选用固定床反应器,以白松、花生壳和稻秸为生物质样品,对其慢速热解的各相产物、产率进行比较,然后对不同生物质的热解气体产物进行分析,最后深入考察碱金属催化剂(K2CO3)对于不同生物质催化裂解过程所产生的影响。结果表明,在相同慢速热解条件下,稻秸的制氢效果最为明显。在加入碱金属催化剂后,发现相较于白松和稻秸,K2CO3对于花生壳的催化制氢效果尤为显著。     

生物质型煤固硫规律的研究

提出生物质型煤的固硫机理,分析了真高效固硫的原因。通过燃烧固硫试验,得出实验燃烧过程中Ｃａ／Ｓ、过量空气生物质种类及温度等在硫效果的影响规律,并给出对生物质型煤实际燃烧中固硫控制有实用价值的结论。     

生物质燃烧过程中Cl及碱金属K、Na的析出特性

针对生物质高氯、高碱金属含量导致的直接燃烧产生的受热面腐蚀问题,对生物质燃烧过程中Cl、K和Na的析出规律进行研究。使用马弗炉在500~900℃下燃烧麦秆、稻秆、玉米秆、棉花秆和油菜秆5种生物质,对灰样进行XRF和XRD分析,获得上述物质中Cl、K和Na的析出规律。结果表明:在500~600℃下燃烧时,少量Cl和K析出;在600~800℃下燃烧时,大量Cl和K以KCl形式析出;当燃烧温度高于800℃以上,除油菜秆外所有生物质中Cl和K的析出非常缓慢。在500~900℃下燃烧时,生物质灰样中Na含量变化均很小。