生物质混煤燃烧过程中K的迁移转化规律文献综述

 2023-08-24 10:08

文献综述(或调研报告):

在闫金定老师的《我国生物质能源发展现状与战略思考》[17]中谈到,随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,我国石油进口量逐年攀升,2012年和2103年我国年均进口原油接近2.7亿吨,对外依存度超过55%,供需矛盾突出,严重威胁国家的石油供应安全。开发具有巨大资源潜力的生物质能源,利用生物质生产生物燃气和液体燃料代替石油燃料,以生物基化学品代替石油化学品,建立多种能源形式并存的可持续发展能源体系,可以提升可再生能源在能源中的比重,降低对进口能源的依赖,从而有效改善我国能源结构,缓解和扭转能源短缺的局面,保障国家能源安全。

并且我国CO2和SO2排放量已居世界第一位,酸雨面积超过国土面积的1/3,SO2和酸雨造成的经济损失约占GDP的2%。生物质中有害物质(硫和灰分等)的含量仅为中质烟煤的1/10左右。同时,生物质生长利用过程中的CO2排放和吸收构成了自然界的碳循环。所以,生物质能属于清洁可再生能源。开发和利用生物质能源有助于CO2、SO2减排和国家的环境保护,可实现CO2近零排放,是CO2减排最重要的技术途径之一。通过技术创新,开发生物质资源高效利用技术,发展生物质能源产业,可实现对传统的高耗能产业的改造升级,降低能耗,并改善产业结构。以其碳中性的特性促成传统产业向绿色低碳产业的转变,最终实现低排放、低能耗、低污染的清洁高效利用。

发挥农村资源优势,将农村地区的生物质资源转换为商品能源,使其成为农村特色产业,可有效延长农业产业链,提高农业效益,为农村环境的改善和保护,农民增收和过剩劳动力就业及农业增效提供一条新的途径,促进农村地区经济和社会的可持续发展。同时有助于缓解能源供需矛盾,逐步改变农村用能方式,优化农村能源结构,改善农民生产生活条件,提高农民生活质量,有利于“三农”问题的解决,大力促进社会主义新农村建设。

综上所述,可以看出,生物质能源的应用有极大的实际意义,同时具有巨大的潜力。

在李松阳《碱金属对生物质燃烧过程中结渣特性影响研究》[18]一文中,以玉米秸秆为研究对象,得到结论:积灰是生物质燃烧过程中,由于生物之内部碱金属盐易挥发,通过烟道和受热面时与烟气和飞灰碰撞,并在对流受热面上发生聚团现象,这段时间会发生气固相之间的复杂物理反应和化学反应。结渣主要是由于生物质中碱金属含量相对较高,特别是钾元素,在燃烧过程中容易与其他元素形成低熔点的碱金属盐,使得燃料灰的熔点降低,导致在温度较低的情况,生物质燃烧就产生结渣。

K元素是影响灰熔点的重要因素,酸洗预处理可使灰熔点升高;当秸秆灰中K元素含量为30%左右时,灰熔点达到最低值;生物质在燃烧过程中,部分钾元素会随着烟气而挥发。将煤与玉米秸秆以不同比例混合,并利用马弗炉烧制成灰。分析灰的成分并进行灰熔融测试,结果表明:煤灰中碱金属含量很低,K2O和Na2O的含量总共不到2%,这是造成煤灰灰熔点较高的原因。煤与3种混合物的Rb/a值均介于0.15~0.75之间,并且呈现升高趋势;煤和玉米秸秆混合燃烧过程中,随着玉米秸秆含量的增加,混合物灰熔点逐渐降低,越容易结渣。

1、生物质及生物质混煤燃烧过程中的K迁移转化的研究

目前关于燃烧过程中K的迁移转化方面的研究主要集中在单纯的生物质燃烧。对于生物质而言,K作为其生长过程中必需的矿物,含量很高。当燃烧C1含量较高的生物质燃料时,C1在低温下不能全部释放,因而在700-800℃范围内钾的主要释放形式是KCl。Dayton等[19]利用分子束质谱(MBMS)研究了柳枝在固定床中燃烧时碱金属的释放规律,他们发现KCl是K的主要释放形式,且随着实验条件(温度、氧气和水蒸汽浓度)的变化改变很小。Kundsen等[20]在固定床反应器上研究了6种常见生物质燃烧中钾的析出规律,在温度低于600~700℃时,仅有小于质量比10%的钾析出,温度高于700℃时,钾的析出量明显增加,在900~1100℃时,钾的析出量可以达到60%以上;徐婧[21]在管式炉实验系统上研究稻草燃烧中钾析出时也得到了相同的结论,稻草在650℃时钾析出率仅为850℃时的11.8%,钾主要以KC1的形式沉积在管壁上;Lia等[22]采用XRD和化学热力学平衡软件FactSage对稻草燃烧中钾析出规律进行分析,600℃以上时钾析出率显著升高的主要原因为KCl的大量析出。Li等[23]在25 kW沉降炉上研究了3种生物质燃烧中产生的灰在温度范围为550~650℃内管壁上的沉积特性,钾析出率较高的生物质在管壁上具有较高的灰沉积速率;生物质燃烧中析出的KC1沉积在过热器表面上后会降低积灰的熔点,增加积灰的粘性,更加有利于灰在过热器表面上的沉积[24]

而关于生物质与煤混烧过程中K的迁移和转化方面的研究则主要集中在灰分沉积和结渣特性上。在混合燃烧时,生物质燃料中的碱金属以及碱土金属与煤中的无机矿物质结合,产生挥发性碱金属、低温共熔物等,严重影响着当前热力设备的安全高效运行。在煤/生物质的混合利用过程中,混燃灰的积灰以及结焦结渣特性主要受到下面几个因素的影响:

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