秸秆中K元素在热解和燃烧过程释放特性实验分析.pdfVIP

摘 要 摘 要 生物质能作为一种新能源，已引起了世界各国的广泛关注。我国生物质秸秆 产量巨大，急需得到合理的资源化利用。秸秆虽然具有价格低廉、产量高的优 点，但其富含的K 元素使得生物质在热力转化过程中会引起诸如结渣、聚团、腐 蚀等问题，这严重阻碍了生物质的能源化利用。本文选用了含K 量高的玉米秸秆 为研究对象，研究了玉米秸秆在热解和燃烧过程中碱金属的析出和转化规律，并 从焦样微观物理结构和碱金属化学分析等方面对碱金属析出形式进行了分析。 N 300 ~1000 使用水平管式炉在惰性气氛下（ ）进行了 ℃ ℃的玉米秸秆热解实 2 验，在O 浓度为30% 的反应气氛下进行了400 ℃、600℃、800℃和炉内停留时间 2 为30s~720s 的燃烧实验。分析测试主要包括：样品中碱金属的含量测试分析（采 用电感耦合等离子体原子发射光谱ICP-AES ）、碱金属的赋存形式分析、样品表 面的微观物理结构（扫描电镜 SEM ）、AAEMs 分布情况（X- 射线能谱分析 EDX D/max-rB X ）、灰样碱金属化合物种类分析（ 大功率旋转阳极 射线衍射仪 XRD ），并利用CO2 烟气分析仪对生物质秸秆的热解情况进行在线监测。 300 ~500 CO 热解实验发现， ℃ ℃析出 2 持续时间较长且热解转化率较高。 600 ~1000 60s ℃ ℃析出时间在 左右，与实验现象出气口的白烟（主要成分为焦 油）出现时间及持续时间一致，该过程伴有碱金属的析出。生物质内富钾少钠， 低于200 ℃时主要是生物质秸秆的干燥阶段，此阶段有少量K 析出；300 ℃～ 400 ℃碱金属K 迅速释放，总量不到秸秆中总钾的 10%；400 ℃~600 ℃碱金属K 的释放速度变慢；热解温度大于600 ℃时碱金属K 的释放量较高，在600 ℃ ~800 ℃之间释放了将近20% ；1000℃时碱金属K 的释放量已经达到了53% 。。碱 金属Na 和K 的释放特性类似，但是含量少于K 。Ca 和Mg 在热解过程中相对稳 定。 对400 ℃~800 ℃的生物质燃烧灰样进行了元素分析，结果表明：秸秆具有很 快的燃烧速度，并且温度越高燃烧产物的结渣性越强。与燃烧失重率的变化趋势 相反，400 ℃~600 ℃段燃烧失重率的增速大于600 ℃~800 ℃段，而碱金属K 的固 留率的变化趋势与之相反。实验发现，温度为400 ℃时在120s 达到碱金属K 的最 大析出量，800℃在60s 就达到了最大析出量，随后保持稳定。 最后本文对热解和燃烧产物进行了微观物理结构的分析和碱金属赋存形式的 分析。300 ℃~700 ℃热解焦样表面出现孔洞但仍保持着原样的纤维结构，表面富 集K 元素，温度升高出现熔融态，并且出现了多Si 和多O 的现象。800℃燃烧灰 Si 15.06% SiO 样的 含量高达 ，主要以 2 形式存在，因而样品体现出棱角分明的特 - -I 摘 要 点。化学分馏实验结果表明，K 大多以可溶盐和可进行离子交换的形式存在，且 90.91% 的K 以水溶形式存在，具有移动性强的特点。300 ℃~500 ℃热解温度下主 要为有机K 的析出，600 ℃~800 ℃热解温度下主要以可溶盐形式析出，且以硫酸 钾、硅酸钾形式析出量极少，主要以氯化钾的形式析出。 关键词：秸秆；热解；碱金属；析出转化特性；化学分馏 II