生物质与煤混合燃烧过程中硫对碱金属迁移特性的影响

摘要

生物质与煤混合燃烧转化技术是低成本、大规模高效利用生物质能源的重要途径之一，应用前景广阔。但生物质中含有易于挥发的碱金属和氯，在燃烧过程中会造成沉积、腐蚀和聚团等问题，而煤中含有一定数量的硫，析出易产生污染。煤中的硫易与碱金属结合生成硫酸盐，若能将两者结合，将大大缓解污染及腐蚀等问题。本文采用理论与实验相结合的方法，利用XRD、SEM等分析测试手段深入地探讨了混燃过程中碱金属迁移特性及硫对碱金属迁移的影响。
　　利用Gibbs自由能判据，得出了生物质与煤混燃过程中碱金属迁移转化的途径，采用化学热力学平衡软件HSC预测了温度和硫含量对水稻秸秆与铁法煤混燃时碱金属热力学平衡状态分布的影响，结果表明降低温度有利于抑制氯化钾的析出，硫酸钾的生成量随着硫量的增加而增多，当硫的摩尔量达到0.4mol时，硫酸钾的生成量保持不变。
　　利用热力学理论研究了：FeS2与KCl的反应机理，采用热重差热分析仪考察了S/K的摩尔比对FeS2和KCl相互作用的影响，结果表明模型化物FeS2与KCl相互反应时，S/K的最佳摩尔比为2。
　　以热力学平衡计算为依据，在管式炉上研究了水稻秸秆与铁法煤混燃时温度和硫含量对碱金属迁移特性的影响，结果表明气相、冷凝相中碱金属的含量随温度的升高而增加，碱金属硫酸盐化作用随温度的升高而减弱。S/K的摩尔比小于2时，碱金属硫酸盐化随S/K摩尔比的增加而增强，其摩尔比大于2时，碱金属硫酸盐化基本保持不变且略有下降的趋势。同时研究了水稻秸秆、玉米和小麦秸秆与铁法煤、宜阳煤混燃时碱金属的迁移特性，结果表明与铁法煤混燃时，水稻秸秆和玉米秸秆含量分别为80％，100％时，气相中碱金属以碱金属硫酸盐的形式滞留在固相中和冷凝相中最多；小麦秸秆含量为50％时冷凝相中碱金属硫酸盐的量最多，含量为80％时固相水溶性碱金属硫酸盐最多。与宜阳煤混燃时，水稻秸秆含量为80％时，固相中和冷凝相中的碱金属以硫酸盐形式存在最多。