生物质与煤混燃过程中硫与氯对碱金属迁移转化的竞争机制

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:calvinly1989718
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生物质与煤混合燃烧因具有CO2净排放为零、NOx、SO2和重金属排放量降低等优点而被广泛关注。但生物质中含有大量易挥发的碱金属和氯元素,在燃烧过程中会造成沉积、聚团和腐蚀等问题。碱金属的迁移转化与原料中非金属元素S和Cl等密切相关,若能找出两者对碱金属迁移转化的竞争机制,就可选用更加合理的方法来缓解碱金属问题。本文采用理论与实验相结合的方法,利用XRD和SEM等分析测试手段深入地探讨了混燃过程中硫与氯对碱金属迁移转化的影响。本文采用化学热力学平衡软件HSC预测了温度和单质S在秸秆与铁法煤混燃过程中硫与氯对处于热力学平衡状态下碱金属迁移转化的竞争机制,结果表明:随着温度的升高,氯对促进碱金属以KCl(g)和NaCl(g)形式的挥发作用较明显;而硫对碱金属的固定作用较显著,主要以K2SO4和Na2SO4的形式存在;硫在0.05-0.3mol之间时,随着硫摩尔量的增加,氯对碱金属的挥发作用减弱,而大于0.1mol时硫将几乎全部碱金属以K2SO4和Na2SO4的形式固定在底灰中。本文以热力学平衡计算为依据,在管式炉上研究了三种秸秆(水稻秸秆、玉米秸秆和小麦秸秆)与铁法煤和宜阳煤在不同温度、摩尔比及混合比条件下混燃,硫与氯对碱金属迁移转化的竞争机制。结果表明:随着温度的升高,碱金属和氯的挥发量增加,并以碱金属氯化物形式析出;硫与氯都会对碱金属的凝结起到一定作用,凝结形式可能是KCl、NaCl、K2SO4和Na2SO4;温度在600℃时,固相中同时存在K2SO4和KCl,但硫对碱金属的固定作用较显著,900-1100℃硫与氯对固相内部碱金属起到了迁移作用,将碱金属转化为硅酸盐和硅铝酸盐等非可溶化合物;添加剂量的多少,并不影响氯在促进碱金属挥发方面的主要作用,并以KCl(g)和NaCl(g)的形式存在。硫与氯对碱金属的凝结都有影响,其存在形式可能有KCl、NaCl、K2SO4和Na2SO4。硫对碱金属的固定及向碱金属硅酸盐及硅铝酸盐等化合物的迁移作用较明显,可溶性碱金属盐主要以K2SO4和Na2SO4存在。玉米秸秆与宜阳煤以不同比例混燃,玉米秸秆含量是20%为最佳混合比例。通过对不同摩尔比条件下碱金属钾、钠析出率的灰色关联度分析,结果表明Cl/K摩尔比是硫与氯对碱金属迁移转化的竞争机制中的关键因子。
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