硅铝添加剂对生物质锅炉受热面积灰腐蚀抑制作(5)

李云罡 等

添加比例的增大，三种秸秆的灰熔点都不同程度的增大，都能起到抑制结渣腐蚀的作用；添加剂Al 2O 3对稻秆和麦秆的灰熔点的影响变动幅度较大，对玉米秸秆影响幅度较小；稻秆中加入Al 2O 3，当Al 和K 的摩尔比n(Al)/n(K) = 4.5时，灰熔点最高，但是结渣现象还比较严重，抑制结渣腐蚀效果不理想；麦秆中加入Al 2O 3，灰熔点随添加比例变化，其变动幅度最大，最后趋于稳定，抑制结渣腐蚀的效果相对稻秆来说比较明显；玉米秸秆中加入Al 2O 3，灰熔点随Al 2O 3的添加比例不同变化幅度不大，主要是因为玉米秆本身的烧结程度较轻。

3. 硅铝添加剂

由以上分析可以看出，Al 2O 3和SiO 2单独作为添加剂存在一定的缺陷：SiO 2虽然可以降低灰中的Cl 含量，但同时会降低灰的熔点；而Al 2O 3虽然在降低灰的沉积和减轻腐蚀方面效果显著，但Al 化合物添加剂的制备工艺复杂，经济性差。两种添加剂在实际的应用中都有局限性，目前国内外的生物质电厂及研究机构中使用的添加剂大多是同时包含Al 和Si 这两种元素的硅铝添加剂，主要有高岭土、造纸污泥、埃洛石、粉煤灰和硅藻土等。表1为几种添加剂在生物质燃烧过程中发生的化学反应[11] [16] [17]。

Table 1. Reactions of Si-Al additives in combustion 表1. 硅铝添加剂在燃烧过程中的反应

添加剂种类 反应方程式

序号 高岭土

232242Al O 2SiO 2H O 2KCl 2KAlSiO H O 2HCl ⋅⋅+→++ 23222262Al O 2SiO 2H O 2KCl 2SiO 2KAlSi O H O 2HCl ⋅⋅++→++

(11) (12) 造纸污泥

()225424Al Si O OH 2KCl 2KAlSiO H O HCl +→++ ()225244224Al Si O OH K SO 2KAlSiO 2H O SO +→++ (13) (14) 埃洛石

23224Al O 2SiO 2KCl H O 2KAlSiO 2HCl ⋅++→+ 2322226Al O 2SiO H O 2KCl 2SiO 2KAlSi O 2HCl ⋅+++→+

(15) (16) 粉煤灰

232242KCl Al O 2SiO H O 2KAlSiO 2HCl +++→+

232242NaCl Al O 2SiO H O 2NaAlSiO 2HCl +++→+ 242324222K SO 2Al O 2SiO 4KAlSiO 2SO 2O ++→++ 242324222Na SO 2Al O 2SiO 4NaAlSiO 2SO 2O ++→++

(17) (18) (19) (20) 硅藻土

222222KCl 12O SiO K O SiO Cl ++→⋅+

22222KCl H O SiO K O SiO 2HCl ++→⋅+ 222222KCl H O 2SiO K O SiO 2HCl ++→⋅+ 222322KCl H O 3SiO K O SiO 2HCl ++→⋅+

(21) (22) (23) (24)

3.1. 高岭土

高岭土是一种常见且广泛应用于工业中的粘土矿物，其晶体化学式为2SiO 2·A12O 3·2H 2O ，其理论化学组成为46.54%的SiO 2，39.5%的A12O 3，13.96%的H 2O 。Llorente 等[18]分别将高岭土，石灰石，白云石，氧化铝和二氧化硅作为添加剂进行了实验，结果发现高岭土抑制腐蚀的效果远远好过氧化铝和二氧化硅。

马孝琴，骆仲泱等[19]对以高岭土为添加剂的秸秆燃烧沉积物进行了分析，发现沉积物颗粒呈球形，直径约5~30 μm ，球形颗粒之间被黏结物黏在一起，沉积物颗粒与纯秸秆燃烧生成的沉积物颗粒形状相似，只是小球的直径与黏接物的粒度都相对较小，局部生成的黏接物比纯秸秆燃烧生成的还多，因此高岭土做添加剂并不能减少黏接物。高岭土作为添加剂时燃烧生成的灰粒表面硅、铝和钾的摩尔分数相当，

DOI: 10.12677/aepe.2020.82006 52

电力与能源进展