硅铝添加剂对生物质锅炉受热面积灰腐蚀抑制作(2)

李云罡等

主要因素，并探讨了含硅、铝添加剂中Si和Al的最佳比例。研究表明，添加剂中的Al、Si在燃烧中与碱金属元素和氯元素发生化学反应，生成高熔点的化合物，减少了灰中腐蚀成分的含量，从而抑制了生物质的积灰和腐蚀；当添加剂中Si/Al为1，或者Ca:A1:Si的摩尔比为1:2:1时，添加剂对腐蚀的抑制效果最佳。

关键词

生物质燃烧，锅炉受热面，添加剂，积灰，腐蚀

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1. 引言

随着化石能源的日益短缺和人类对环境污染问题认识的不断提高，生物质作为一种可再生能源，在可持续发展中有着更加突出的位置。我国的生物质资源十分丰富，尤其是农作物秸秆，统计结果显示，2015年我国农作物秸秆资源量为10.4亿t，能够收集利用的可达9.0亿t，这些秸秆资源迫切需要被能源化利用[1]。

秸秆与煤等矿物质燃料在成份上有着显著的不同，钠、钾等碱金属元素和氯元素含量高，其中碱金属含量达1%以上，氯含量达0.2%~0.3%，而且干燥基挥发分高(约60%~80%)，灰分和热值低，元素组成中高氧低硫，体积能量密度低[2]。由于钠、钾等元素性质比较活跃，在高温环境下极易生成KCl、NaCl 和HCl等物质，在生物质锅炉中，碱金属氯化物会凝结和沉积在管壁温度约350℃的炉膛水冷壁管壁上，与管壁表层的氧化膜(Fe2O3层)发生氧化还原反应，从而导致锅炉受热面的积灰、结渣和腐蚀等问题。生物质在燃烧过程中形成的绝大多数碱金属盐不会被烟气带走，而是形成灰，沉积在锅炉受热面上[3]。这些碱金属盐本身的熔点较低，并且当多种碱金属盐(K2SO4、K2CO3、KCl、Na2SO4等)与碱土金属盐(CaSO4、MgSO4等)共存时，将形成熔点更低的共晶体，加剧受热面的积灰和腐蚀[4]。

影响锅炉受热面积灰腐蚀的因素有很多，最主要的是Cl元素和碱金属元素的含量，生物质燃烧时，Cl释放到气相会加速受热面的腐蚀，腐蚀速率与积灰的化学组成有关，其它碱金属化合物如K2CO3也会引起腐蚀，生物质中的S可以对腐蚀起到抑制作用，另外腐蚀性物质的反应特性与温度有很大关系，因此烟气和受热面温度对腐蚀也有影响[5]。目前主要通过以下措施来抑制生物质锅炉受热面的积灰腐蚀：水洗或酸洗燃料、生物质与煤混烧、喷涂耐腐蚀材料和加入添加剂[6]。其中，在燃料中加入添加剂既避免引入新的污染源，又容易在实际燃烧中操作，是一种行之有效的方法，受到了国内外学者的关注。

国内外研究的添加剂大多是以Al和Si两种元素为主要组成，本文拟对含硅、铝添加剂对抑制生物质锅炉受热面积灰腐蚀的作用机理、作用效果进行分析探讨，并考察添加剂中Al和Si两种元素的最佳比例，为抑制生物质锅炉运行过程中受热面积灰、结渣和腐蚀提供理论依据和应用指导。

2. 含Al/Si添加剂的作用机理

含Al或Si的添加剂对生物质锅炉受热面的腐蚀有着明显的抑制效果。段菁春[7]指出在生物质燃料中加入含Al添加剂，如高岭土、煤渣、活性矾土和硅藻土等，可以提高燃料底灰的软化温度。Aho等[8]将一种高Al含量的生物质和一种高Si含量的生物质均匀混合，在循环流化床中进行燃烧试验，发现可以明显减轻床料结块和聚团问题，延长流化床的运行时间。Steenari等[6]将添加剂Al2O3和CaCO3加入

DOI: 10.12677/aepe.2020.82006 49 电力与能源进展