磷酸二氢铵对生物质固钾、灰熔融及燃烧特性的影响研究
生物质直燃发电是生物质能规模化利用的主要技术之一，但是由于生物质本身的以钾元素为代表的碱金属含量较高，由此容易引起燃用生物质的锅炉积灰、结渣、腐蚀等问题。本文选用5种典型生物质，通过模拟及实验方式研究了磷酸二氢铵(ADP)对生物质燃烧特性、固钾及灰熔融性的影响。 (1)采用热力学平衡计算软件FactSage模拟探究生物质燃烧烟气氛围中ADP脱除KCl的效果，包括ADP的添加量对脱除KCl的影响和温度对ADP脱除KCl的影响。结果表明:在700～1000℃温度范围内，ADP脱除KCl的主要产物为磷酸氢二钾(PHP)，KCl转化率随磷钾摩尔比(α）增大而增大，PHP的生成率随着温度的增加而增加。在不同反应温度下，最佳α=0.5; ADP与KCl的反应温度窗口较宽，在700～900℃的温度范围下ADP对KCl有很好的脱除效果;但温度高于900℃时，反应效果显著降低。 (2)采用沉降炉系统探究反应时间(t)、反应温度(T)、磷钾摩尔比(α)对ADP与KCl的反应特性的影响。结果表明ADP可以与KCl反应生成多磷酸钾盐、磷酸氢钾盐和磷酸二氢铵钾盐。相同的T下，当α＜1.0时，产物主要以磷酸盐、偏磷酸盐、聚磷酸盐或高聚磷酸盐为主;而在α＞1.0时的情况下，产物主要为磷酸氢盐、磷酸氢铵盐和过量的未参与反应的ADP。即ADP的添加量对最终反应产组成形式的影响要大于反应时间的影响。在t=1 s的时候，两组反应均检测出了KCl的存在，而在t=2 s的时候，两组反应均未检测到KCl的存在，说明KCl的反应程度受t的影响大于受α的影响。 (3)在固定床反应系统上用稻杆(RS)与ADP在空气氛围中不同温度下的燃烧反应来探究ADP在不同温度下对生物质燃烧中固钾特性的影响。实验结果表明:在α=1.0、T=700℃和T=900℃时固钾率（η）分别达到23.1％和21.0％，比原始稻杆η提高了55.1％和63.1％;而T=500℃时，η比原始秸秆η无明显提高。固钾增长率（β)在500℃时很小，即加入ADP后固钾的效果不明显。但当T=700℃及T=900℃时β分别为55.06％和63.11％，表明ADP在燃烧过程中固钾性能良好，β随着温度的增加而增大。 (4)采用灰熔点测定仪探究ADP对生物质灰熔融性的影响，实验结果表明，5种典型生物质在添加ADP之后灰熔融性有了不同程度的改善。对于含钾量较大的草本植物（玉米杆、棉杆和稻杆）加入ADP可大幅提高特征熔融温度，α=1.0时，其流动温度分别提高到1475℃、1380℃和1500℃;而对于含钾量较低的木本植物（杨木和松木），加入ADP提高特征熔融温度的幅度较小。实验采用SEM观察生物质灰的微观形貌并结合K-Ca-P三相图分析生物质成灰机制，得出ADP的加入可以抑制生物质灰的表面熔融现象，改善成灰特性，并且随着温度的升高ADP的固定钾的能力逐渐加强，且改善生物质灰熔融性的效果与生物质含钾量呈正相关。 (5)采用TG/DTG分析了ADP对生物质的燃烧特性的影响，结果表明:5种生物质原样具有相似的燃烧特性。加入ADP后生物质的DTG曲线变得更加平缓、稳定，表明显加入ADP的生物质样品燃烧更加的缓和均匀;ADP本身具有阻燃作用，提高了生物质的燃尽温度及降低生物质燃烧指数。 (6)对生物质及其添加ADP的试样进行燃烧动力学分析的结果表明，ADP的加入能够降低生物质燃烧过程中低温段的活化能，同时使生物质高温段燃烧的频率因子减少，降低了反应活性。 本研究结果为生物质燃烧中钾元素转化捕集和改善灰熔融性提供一定的理论基础，对研究生物质成型燃料添加剂，以及解决碱金属所引起的结渣、积灰、腐蚀等问题具有指导意义。
磷酸二氢铵;固钾行为;生物质直燃发电;燃烧特性;灰熔融性
山东大学
硕士
热能工程
韩奎华
2015
中文
TM619
95
2015-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）