小麦秸秆燃烧过程中碱金属释放特性

生物质作为可再生洁净能源,在中国能源结构中将占据越来越重要的地位。生物质中碱金属元素(主要是K)含量丰富,是生物质灰的主要成分。由于碱金属无机盐(如KCl)具有较低的熔点,因此生物质内碱金属极易在燃烧中释放,此特性给生物质能源的开发及利用带来了严重的技术安全问题。在生物质燃烧过程中,部分碱金属灰分气态释放后,易于凝结、吸附并沉积在锅炉炉膛受热表面,造成玷污、结垢及积灰等问题,严重影响锅炉的换热,甚至造成腐蚀。因此,研究生物质燃烧过程中碱金属元素的释放规律及机理,将为我国生物质的清洁高效利用提供有力的理论支持,具有较好的社会经济及学术意义。以小麦秸秆为试验对象,研究生物质燃烧过程中碱金属的释放特性,通过水平管式炉及XRD、SEM-EDS等检测手段,研究了燃烧温度400～900℃碱金属的释放特性。结果表明,碱金属K主要以水溶性形式存在,碱土金属Ca、Mg主要以醋酸铵溶及水溶性形式存在。水溶性K主要以KCl、KNO_3、K_2SO_4和K_3PO_4的水合离子或晶体存在。燃烧过程中,400℃内主要释放有机K及少量无机K,400～600℃时,K释放主要以KNO_3的无机K为主,600℃以上时主要以KCl和KNO_3释放。碱土金属Ca和Mg会形成较稳定的化合物,不易释放。通过对灰渣表面元素富集状况分析可知,K与Cl含量同步变化:600℃内,K与Cl含量同步增长,主要因为有较多碱金属化合物以KCl的形式析出;高于600℃时,灰渣表面K与Cl含量减少,主要因为KCl与SiO_2等发生反应或直接以KCl的形式释放。

Release characteristics of alkali metals during wheat straw burning

LI Huijun;XIE Xingyun;ZHAO Jing;ZHANG Yufeng;WEI Xiaolin(School of Energy Power and Mechanical Engineering,North China Electric Power University,Baoding071003,China;State Key Laboratory of High Temperature Gas Dynamics,Institute of Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Beijing100190,China;College of Engineering Science,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China)