硅和硅铝化合物对生物质结渣影响的机理研究

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1、第33卷第10期可再生能源Vol.33No.102015年10月RenewableEnergyResourcesOct.2015硅和硅铝化合物对生物质结渣影响的机理研究1222杜文智，牛艳青，谭厚章，朱轶铭（1.中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，北京100120；2.西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室，陕西西安710049）摘要：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

2、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（1000℃）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。关键词：生物质；结渣；钾；硅化合物；硅铝化合物中图分类号：TK6；S216文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）10-1559-06DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.10.021[9]0引言放。生物质中Si和Al元素含量较多时，有助于[1]~

3、[4][5]生物质在流化床和层燃炉中燃烧时，因含从气相中除去碱金属，从而减轻碱金属结渣。对有高浓度的碱金属（主要是K元素）会导致燃烧于高K/Al和低（K2+Al2）/Si的生物质，含Al添加[10]设备出现结渣、聚团、沾污等问题。这些问题不仅剂可与生物质中K的硅酸盐反应，从而提高生会降低换热效率，更会破坏过热器，致使锅炉频繁物质的熔融温度，降低低温硅酸盐结渣倾向。高岭[2]，[5]~[7]停炉，生物质燃烧发电技术的发展受到限制。土含有大量的Si，Al元素，将其加入生物质，对结[9]，[11]，[12]生物质中碱金属主要存在于可溶于水的氯化渣可以起

4、到良好的抑制作用。物、硫酸盐和碳酸盐，不可溶于水的硅酸盐和硅铝为了更细致地研究硅和硅铝酸盐对生物质结[8]酸盐中。可溶性碱金属（如KCl和K2SO4）主要通渣的影响，本文以SiO2和高岭土为代表，研究硅过挥发来影响碱金属结渣，未挥发的可溶性碱金和硅铝化合物减轻结渣的机理及其不同点，以期属与SiO2，Al2O3等反应后影响灰熔融结渣。在生对生物质能源的推广应用做出贡献。物质燃烧过程中，碱金属会经历复杂的化学反应，1实验系统然后以KOH（气溶胶）、KCl（气溶胶）、K2SO4（气溶本实验系统如图1所示，包括实验样品、实验胶）、NaCl（气溶胶）和Na

5、2SO4（气溶胶）的形式释装置和检测系统3个部分。实验时先将生物质（或破碎机X射线荧光光谱仪天平生物质定量分析生物质粉末电感耦合等离子体硅原子发射仪和硅混合装置生物质灰铝SiO2化合物降温装置氮气定性分析排出X射线衍射分析仪高岭土流量计马弗炉氮气实验样品实验装置检测系统图1实验系统Fig.1Experimentalsystem收稿日期：2015-03-07。通讯作者：谭厚章（1965-），男，教授，博士生导师，主要从事煤粉洁净燃烧、生物质燃烧与结焦模拟、大型火电厂锅炉与关键辅机节能理论与应用等方面的研究工作。E-mail：tanhz@mail.x

6、jtu.edu.cn·1559·可再生能源2015，33（10）添加有SiO2或者高岭土的生物质）送入马弗炉成含量测量的影响非常小，因此本文以400℃灰中灰，之后将灰送入检测系统，利用多种仪器对其进K元素的质量为生物质中K元素的总质量。实验行分析。中X射线荧光光谱仪（XRF）检测出的是残留在本文选用麦秆为生物质代表进行研究，其工灰中K元素的质量，即可溶性K和不可溶性K的业分析与元素分析如表1所示。质量和；全谱直读型电感耦合等离子体原子发射表1生物质工业分析与元素分析仪（ICPE-9000）检测出的是灰中可溶性K的质Table1Ultimatean

7、alysisandproximateanalysis量；400℃灰与任一温度下灰的质量差为该温度工业分析/%元素分析/%Qnet,ad下气相K的析出量。为分析硅化合物和硅铝化合MadAadVadFCadCadHadOadNadSt，adCladMJ/kg物对碱金属赋存特性的影响，需将添加硅化合物6.349.0966.9317.6341.384.7337.011.160.280.2715.69和硅铝化合物后的实验结果与纯生物质结果进行本文所用的硅化合物为SiO2，硅铝化合物为对比，对比结果见图2。高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O），两者均来

8、自国药集团120气相K可溶性K不可溶性K化学试剂有限公司。表2为生物质及添加剂中主97%生物质+3%SiO297%生物质+3%高岭土10