磷酸二氫銨對生物質(zhì)固鉀、灰熔融及燃燒特性的影響研究.pdf

1、生物質(zhì)直燃發(fā)電是生物質(zhì)能規(guī)模化利用的主要技術之一，但是由于生物質(zhì)本身的以鉀元素為代表的堿金屬含量較高，由此容易引起燃用生物質(zhì)的鍋爐積灰、結渣、腐蝕等問題。本文選用5種典型生物質(zhì)，通過模擬及實驗方式研究了磷酸二氫銨(ADP)對生物質(zhì)燃燒特性、固鉀及灰熔融性的影響。
　　(1)采用熱力學平衡計算軟件FactSage模擬探究生物質(zhì)燃燒煙氣氛圍中ADP脫除KCl的效果，包括ADP的添加量對脫除KCl的影響和溫度對ADP脫除KCl的影響。結

2、果表明:在700～1000℃溫度范圍內(nèi)，ADP脫除KCl的主要產(chǎn)物為磷酸氫二鉀(PHP)，KCl轉化率隨磷鉀摩爾比(α）增大而增大，PHP的生成率隨著溫度的增加而增加。在不同反應溫度下，最佳α=0.5; ADP與KCl的反應溫度窗口較寬，在700～900℃的溫度范圍下ADP對KCl有很好的脫除效果;但溫度高于900℃時，反應效果顯著降低。
　　(2)采用沉降爐系統(tǒng)探究反應時間(t)、反應溫度(T)、磷鉀摩爾比(α)對ADP與KCl

3、的反應特性的影響。結果表明ADP可以與KCl反應生成多磷酸鉀鹽、磷酸氫鉀鹽和磷酸二氫銨鉀鹽。相同的T下，當α＜1.0時，產(chǎn)物主要以磷酸鹽、偏磷酸鹽、聚磷酸鹽或高聚磷酸鹽為主;而在α＞1.0時的情況下，產(chǎn)物主要為磷酸氫鹽、磷酸氫銨鹽和過量的未參與反應的ADP。即ADP的添加量對最終反應產(chǎn)組成形式的影響要大于反應時間的影響。在t=1 s的時候，兩組反應均檢測出了KCl的存在，而在t=2 s的時候，兩組反應均未檢測到KCl的存在，說明KCl的

4、反應程度受t的影響大于受α的影響。
　　(3)在固定床反應系統(tǒng)上用稻桿(RS)與ADP在空氣氛圍中不同溫度下的燃燒反應來探究ADP在不同溫度下對生物質(zhì)燃燒中固鉀特性的影響。實驗結果表明:在α=1.0、T=700℃和T=900℃時固鉀率（η）分別達到23.1％和21.0％，比原始稻桿η提高了55.1％和63.1％;而T=500℃時，η比原始秸稈η無明顯提高。固鉀增長率（β)在500℃時很小，即加入ADP后固鉀的效果不明顯。但當T=7

5、00℃及T=900℃時β分別為55.06％和63.11％，表明ADP在燃燒過程中固鉀性能良好，β隨著溫度的增加而增大。
　　(4)采用灰熔點測定儀探究ADP對生物質(zhì)灰熔融性的影響，實驗結果表明，5種典型生物質(zhì)在添加ADP之后灰熔融性有了不同程度的改善。對于含鉀量較大的草本植物（玉米桿、棉桿和稻桿）加入ADP可大幅提高特征熔融溫度，α=1.0時，其流動溫度分別提高到1475℃、1380℃和1500℃;而對于含鉀量較低的木本植物（楊木

6、和松木），加入ADP提高特征熔融溫度的幅度較小。實驗采用SEM觀察生物質(zhì)灰的微觀形貌并結合K-Ca-P三相圖分析生物質(zhì)成灰機制，得出ADP的加入可以抑制生物質(zhì)灰的表面熔融現(xiàn)象，改善成灰特性，并且隨著溫度的升高ADP的固定鉀的能力逐漸加強，且改善生物質(zhì)灰熔融性的效果與生物質(zhì)含鉀量呈正相關。
　　(5)采用TG/DTG分析了ADP對生物質(zhì)的燃燒特性的影響，結果表明:5種生物質(zhì)原樣具有相似的燃燒特性。加入ADP后生物質(zhì)的DTG曲線變得更

7、加平緩、穩(wěn)定，表明顯加入ADP的生物質(zhì)樣品燃燒更加的緩和均勻;ADP本身具有阻燃作用，提高了生物質(zhì)的燃盡溫度及降低生物質(zhì)燃燒指數(shù)。
　　(6)對生物質(zhì)及其添加ADP的試樣進行燃燒動力學分析的結果表明，ADP的加入能夠降低生物質(zhì)燃燒過程中低溫段的活化能，同時使生物質(zhì)高溫段燃燒的頻率因子減少，降低了反應活性。
　　本研究結果為生物質(zhì)燃燒中鉀元素轉化捕集和改善灰熔融性提供一定的理論基礎，對研究生物質(zhì)成型燃料添加劑，以及解決堿金屬所