简论碱金属生物质燃烧过程中碱金属迁移结论

论文导读：4是生物质秸秆燃烧残渣中碱金属主要有着形式，并且生物质秸秆燃烧历程中的碱金属的蒸发可能主要是以KCl和K2SO4蒸汽的形式向气相中迁移，并以KCl迁移为主。FactSage模拟可以热平衡角度计算秸秆燃烧历程中可能的燃烧产物及其分布。结果表明，低温有利于钾元素以水溶盐的形式固留在生物质残留物中，低温下钾K主要以KCl(s)、K_2SO_4
摘要：生物质能源是一种储量大、可再生的洁净能源，有着多种转化利用方式，为缓解当今世界日益严峻的能源不足与环境压力提供了一条有利途径。在众多生物质热化学利用方式中生物质燃烧是一种重要的途径，同时生物质高效燃烧利用影响因素也得到了越来越多的关注，而碱金属/碱土金属作为生物质内富含的元素，在燃烧利用历程中可能有着床料聚团、受热面沾污腐蚀、结渣以及沉积等多种不足，成为阻碍生物质燃料广泛利用的主要因素之一。由此了解碱金属在燃烧历程中的行为及影响，掌握其析出和转化的规律，对解决碱金属不足具有极其重要的作用。本论文探讨重点在生物质燃烧历程中碱金属的迁移。在大量文献综述与比较浅析的基础上，归纳了国内外在生物质能能源化利用历程中碱金属相关不足的探讨成果。通过管式炉燃烧试验，结合FactSage化学热力平衡软件模拟生物质燃烧历程中碱金属的迁移历程，找到生物质燃烧历程中碱金属迁移规律，同时探讨了碱金属对生物质燃烧的催化影响，为减轻生物质利用历程中碱金属不足提供论述依据。通过生物质燃烧热重实验，探讨探讨不同气氛、升温速率及催化剂对生物质物质催化燃烧的影响。浅析表明高升温率将加重热滞后现象，并且富氧对后段固定碳的燃烧推动作用有限。催化剂能使燃烧速率增加、着火点提前，有利于燃烧的进行和充分燃烧。添加催化剂后样品燃烧活化能降低主要发生在转率α小于0.6区间，CuO的效果最显著，最大下降值为66.41Kj/mol，添加剂降低活化能主要是由于对挥发份的析出和燃烧催化作用。同时催化剂对于固定碳燃烧的催化作用不大，催化剂能够促使固定碳开始燃烧，能将固定碳燃烧提前至与挥发份燃烧大时间段重合。通过秸秆管式炉燃烧实验，探讨秸秆基本燃烧特性，检测燃烧残留物中碱金属分布。浅析表明，秸秆中固定碳和挥发份的两种不同的燃烧特性，挥发份具有非常快燃烧速度，固定碳的燃烧相对较慢，而且温度越低，固定碳燃烧越向后迟延，可以通过制约反应器温度来实现生物质秸秆低温气相燃烧和高温固相燃烧的分离。低温段或者燃烧初始阶段，钾元素析出规律与挥发份析出接近，探讨认为热稳定性差的有机钾是随生物质挥发份快速析出；而高温阶段，钾释放速度显著减慢，主要是因为蒸汽压的升高促使钾元素以无机盐蒸汽的形式逃逸。燃烧残留物浅析表明，燃烧残留物中碱氯摩尔比大于1，并且是随着温度的提升出现上升走势，表明氯具有比碱金属更高的挥发性。同时XRD浅析表明，KCl和K2SO4是生物质秸秆燃烧残渣中碱金属主要有着形式，并且生物质秸秆燃烧历程中的碱金属的蒸发可能主要是以KCl和K2SO4蒸汽的形式向气相中迁移，并以KCl迁移为主。FactSage模拟可以热平衡角度计算秸秆燃烧历程中可能的燃烧产物及其分布。结果表明，低温有利于钾元素以水溶盐的形式固留在生物质残留物中，低温下钾K主要以KCl(s)、K_2SO_4(s)、K_2Si_4O_9(s)固态形式有着，随温度的升高，由于KCl蒸汽压的增加，KCl(s)向KCl(g)、(KCl)_2(g)和KCl(salat)转化。同时，生物质内部高硅含量或者认为掺混硅添加剂将有利于抑制气态K的释放，将碱金属固留在残渣中，并且在650～800℃温度范围内K2SO4与KCl之间的低温共熔现象对于低温下的粘结也有部分贡献。变工况模拟结果表明：随着氧浓度的提升，将有利于减弱中温段（低于750℃）碱金属向气相迁移，并且能够降低腐蚀性气体HCl生成，有利于减轻受热热面的积灰、结渣和腐蚀不足。同时由于高温度段气相氯含量变化不大，故高温段提升秸秆燃烧气氛氧浓度对于解决腐蚀不足没有特别重要的作用。关键词：秸秆燃烧论文碱金属论文Factsage论文热重浅析论文催化燃烧论文
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ABSTRACT7-13
第一章 绪论13-22

1.1 选题背景与作用13-14

1.2 生物质利用概况14-18

1.2.1 生物质利用进展前景14-17

1.2.2 生物质利用技术概况17-18

1.3 生物质碱金属相关不足18-20

1.3.1 生物质碱金属导致的沉积不足19

1.3.2 生物质碱金属导致的腐蚀不足19-20

1.3.3 生物质论文导读：

碱金属导致的床料聚团不足20

1.4 课题的确定及主要内容20-22

1.4.1 课题提出与来源20-21

1.4.2 课题主要探讨内容21-22

第二章 生物质碱金属相关探讨近况22-33

2.1 碱金属及相关元素的迁移历程概述22-24

2.2 碱金属及相关元素的迁移机理探讨24-27

2.1 低温段迁移24

2.2 中、高温段迁移24-26

2.3 影响碱金属及相关元素迁移的因素26-27

2.3 生物质利用历程中碱金属相关不足探讨27-32

2.3.1 受热面沉积机理27-29

2.3.2 受热面腐蚀机理29-30

2.3.3 床料聚团机理30-31

2.3.4 碱金属相关不足解决途径31-32

2.4 本章小结32-33

第三章 秸秆燃烧及其动力学浅析33-46

3.1 引言33

3.2 实验部分33-37

3.

2.1 实验设备33-34

3.

2.2 实验原料和策略34-35

3.

2.3 燃烧特性判别标准35-36

3.

2.4 非线性动力学模型36-37

3.3 秸秆燃烧热重实验浅析37-44

3.1 不同升温速率及气氛燃烧热重浅析37-39

3.2 秸秆催化燃烧热重浅析39-42

3.3 秸秆燃烧动力学参数求解42-44

3.4 本章小结44-46

第四章 秸秆燃烧历程中碱金属迁移实验探讨46-60

4.1 引言46

4.2 实验部分46-48

4.

2.1 实验装置和策略46-47

4.

2.2 实验原料47-48

4.

2.3 实验数据浅析48

4.3 实验结果与浅析48-59
4.

3.1 秸秆生物质燃烧特性48-52

4.

3.2 秸秆生物质燃烧历程中钾迁移特性52-54

4.

3.3 燃烧产物SEM/EDX和XRD浅析54-59

4.4 本章小结59-60
第五章 秸秆燃烧历程中碱金属迁移数值模拟60-69

5.1 引言60

5.2 热力学平衡法及FACTSAGE介绍60-63

5.

2.1 热力学平衡法引入及介绍60-62

5.

2.2 FactSage介绍62-63

5.3 秸秆燃烧化学平衡计算浅析63-68
5.

3.1 建立秸秆燃烧系统63

5.

3.2 秸秆燃烧历程中钾及相关元素分布63-66

5.

3.3 富氧气氛燃烧下钾及相关元素分布66-68

5.4 本章小结68-69
全文总结与展望69-73
全文总结69-71
本论文主要革新点71
下一步探讨展望71-73
参考文献73-81
攻读硕士学位期间取得的探讨成果81-82
致谢82-83
附件83